Crashsimulationen spielen eine immer wichtigere Rolle bei Tests der Crashsicherheit. In den letzten zehn Jahren wurden die Crashtest-Vorschriften verschärft. Diese erfordern nun ein höheres Leistungsniveau für eine gute Bewertung der Crashsicherheit. So wurden beispielsweise die Testgeschwindigkeiten erhöht. Herkömmliche Fahrzeugmodelle konnten diese große Menge an Aufprallenergie nicht bewältigen, was zu einem Kollaps des Überlebensraums und zu schlechten Sicherheitsbewertungen führte. Automobilhersteller mussten sich verstärkt mit Struktur, Materialien und Rückhaltesystemen befassen, um erneut eine 5-Sterne-Bewertung bei der Crashsicherheit zu erreichen. Dabei spielt die Crashsicherheits-Simulation eine entscheidende Rolle.
Hohe Leistung und niedriger Kraftstoffverbrauch sind die beiden widersprüchlichen Ziele, die die Fahrzeugstruktur an die Grenzen einer leichten, robusten Architektur bringen. Die Einführung neuerer Fahrzeugplattformen für elektrische, vernetzte und autonome Fahrzeuge hat die Produktkonstruktionszyklen verkürzt. Da die Vorschriften und die OEM-internen Crashsicherheitsziele verschärft werden, steigt die Nachfrage nach Crashsimulationen exponentiell an.
Die Crashsicherheit hängt von der Konstruktion lasttragender Strukturen und der Verformung der Strukturkomponenten ab, die die Aufprallenergie effizient absorbieren sollen. Daher sollte die Berücksichtigung der Crashsicherheit bereits in der frühen Konzeptphase beginnen. Das Konzeptmodell muss einfach sein, um schnelle Konstruktionsänderungen durchführen zu können und in kurzer Zeit berechnet zu werden, damit die Ergebnisse der Konstruktionsabteilung umgehend zur Verfügung stehen. Daher sind ein stark abstrahiertes Modell und Metadaten aus dem maschinellen Lernen, sehr hilfreich dabei, eine Datenbank mit Komponenten für eine schnelle Bewertung der Crashsicherheit zusammenzustellen.
Es gibt viele technische Herausforderungen beim Erreichen der besten Bewertungen der Crashsicherheit und beim Einholen behördlicher Genehmigungen. Für eine optimierte Lösung sind genaue Crashsimulationen mit hoher Wiedergabetreue von entscheidender Bedeutung. Abaqus/Explicit unterstützt Ingenieure beim Erreichen der Sicherheitsziele für alle Fahrzeugplattformen, in allen Szenarien und bei allen Geschwindigkeiten.
Ausgewogene Entscheidungen, die in der Konzeptphase getroffen werden, haben das größte Potenzial, Entwicklungszeit und -kosten zu reduzieren. Vorab durchgeführte Crashsimulationen ergänzen den Ideenfindungsprozess, indem sie Einblicke in die Leistungsfähigkeit einer Konstruktion liefern. Umfangreiche Designstudien am Anfang der Entwicklungsphase reduzieren das Risiko späterer Konstruktionsänderungen.
Es gibt jedoch Herausforderungen bei der Anwendung von FE-Crash-Simulationen bei der frühen Konzeptionierung. FE-Modelle erfordern eine vollständige Geometrie für die Vernetzung, aber diese ist in dieser frühen Phase möglicherweise nicht vollständig oder endgültig verfügbar. Darüber hinaus sind Crashsimulationen im Vergleich zu den Simulationen anderer strukturabhängiger Merkmale wie Lärm, Vibrationen und Haltbarkeit sehr zeitaufwendig. Aufgrund dieses Unterschieds beim Rechenaufwand ist es schwierig, sie in multidisziplinäre Optimierungen einzubinden, die für die Machbarkeitprüfung der Konzeptentwürfe entscheidend sind.
Dassault Systèmes hat einen Workflow zur konzeptionellen Strukturoptimierung entwickelt, um den Konstruktionsraum möglichst schnell und vollständig zu erkunden. Dabei werden mehrere Anwendungen innerhalb des SIMULIA und CATIA Portfolios genutzt: 1D-STICK-Modellierung, implizite parametrisierte 3D-Modellierung, Fast-Solver-Verfahren und statistische Versuchsplanung. Durch die Integration von Modellierung und Simulation in den frühen Entwicklungsprozess können Konstrukteure auf funktional gültigen Konzepten aufbauen, um von Anfang an schneller und mit geringerem Risiko voranzukommen.
Weitere Informationen:
Blogartikel
Broschüre
Konzeptuelle Strukturoptimierung für Crashtest-Simulation
E-Seminar
Konzeptuelle Strukturoptimierung für Crashtest-Simulation
Fachartikel
Konstruktion einer für die Crashtest-Simulation optimierten Konzeptfahrzeugstruktur |SAE Technical Paper 2019-01-0613, 2019
Mit der verbesserten Hardware-Leistung sind Finite-Elemente-Modelle (FE-Modelle) größer geworden. Trotz dieser Größenzunahme stehen die Ingenieure unter Druck, das Modell in immer kürzerer Zeit zu erstellen. Die 3DEXPERIENCE Plattform bietet eine einfachere Möglichkeit, große Modelle zu erstellen und zu verwalten. Die Plattform integriert CAD und diskretisiert die Geometrie automatisch mithilfe regelbasierter Vernetzung auf parallelen Mehrkernrechnern. Die automatische Vernetzung eines kompletten Karosserierohbaus mit bis zu 500 Komponenten dauert bei automatischer Mittelflächenerstellung weniger als 2 Stunden. Die Wiederverwendung kompatibler vernetzter Komponenten, sowie die Erstellung von Schweißpunkten mithilfe von Verbindungselementinformationen des CAD können Zeit sparen.
Ein Autoaufprall ist ein stark nichtlineares dynamisches Ereignis. Die Crashsimulation sollte in der Lage sein, die drei Nichtlinearitäten zu verarbeiten: Nichtlinearität der Geometrie (starke Verformung), Nichtlinearität der Grenzflächen (Kontakt) und Nichtlinearität der Werkstoffe (Plastizität).
Abaqus bietet einen leistungsfähigen allgemeinen Kontakt, eine umfangreiche Bibliothek mit Werkstoffmodellen, die für die Crashmodelle geeignet sein können, verschiedene Verbindungen für die Erstellung eines großen Modells, erweiterte Analyseverfahren, insbesondere für den Aufprall, Nebenprodukte für Regulierungstests, Modelle von Insassenrückhaltesystemen sowie Funktionen zur Modellierung der Kinematik beweglicher Komponenten wie Aufhängungen. Anwender können das Crashereignis mit weniger Vereinfachungen und Annahmen modellieren.
Abaqus/Explicit modelliert das Ablösen des Reifens vom Rad und das Entweichen der Luft, was für einen Lastfall mit geringem Überlappungsversatz unerlässlich ist.
Erfahren Sie mehr über die Modellierung von Reifenplatzern.
Gesetzliche Bestimmungen regeln die Crashsicherheit von Fahrzeugen auf dem Markt. Außerdem testen und bewerten nichtstaatliche Organisationen, wie z. B. Versicherungen, die Fahrzeuge und veröffentlichen die Ergebnisse. Für alle diese Tests gelten spezifische Prüfverfahren, die bestimmte Dummies und Barrieren erfordern. Abaqus bietet detaillierte verformbare Finite-Elemente-Modelle von Barrieren verschiedener Art sowie Dummy-Modelle für Crashsimulationen, die den Vorschriften entsprechen.
Dummies
Modelle erhältlich über www.humanetics.com
Technische Artikel
- Abaqus BioRID-II Crash Dummy Model, Abaqus Technology Brief, TB-09-BIORID-1, Januar 2009
- Using-Abaqus-Bio RID-II-2008
H. Hartman, M. Socko, T. Galesic,Using the Abaqus BioRID-II Dummy to operationally support the development of a Front Seat Structure, focusing Low Speed Rear Impacts – evaluating Whiplash Risks, 2008 Abaqus User’s Conference
- Development-Advanced-HIII-2008
W. Li, J. Ramico, F. Zhu, M. Li, R. Kant, B. Aljundi,Development of Advanced H III Abaqus dummies, 2008 Abaqus User’s Conference
Die Größe der Crashsicherheits-Modelle nimmt zu und es wird erwartet, dass sie 2020 zwischen 20 und 40 Millionen Elemente erreichen werden. Feinere Netzmodelle sind erforderlich, um die Genauigkeit zu verbessern und mit weniger Vereinfachungen zu modellieren. Auch Crashszenarien, die über die vorschriftsmäßigen Tests hinausgehen, wie z. B. Kollisionen von zwei Fahrzeugen, erhöhen die Modellgröße. Abaqus/Explicit ist den Trends bei der Kapazitätserweiterung immer voraus, sodass das getestete Maximum in der Version 2020 ein 59-Millionen-Elemente-Modell ist.
SIMULIA arbeitet kontinuierlich daran, den Arbeitsspeicher- und CPU-Verbrauch zu optimieren. Da Leistung und Genauigkeit die Kernwerte von Abaqus/Explicit sind, ist es entscheidend, die Produktivität unserer Kunden durch schnellere Crashsimulationen zu steigern. Unser Ziel ist es, die Simulation von Modellen mit höherer Genauigkeit zu ermöglichen und sie auf eine große Anzahl von Kernen zu skalieren, damit die Anwender die Ergebnisse über Nacht erhalten können.
Skalierung und Leistung großer Modelle mit Abaqus/Explicit
Anzahl der Fahrzeuge |
Freiheitsgrade [M] |
Anzahl der Elemente [M] |
Anzahl der CPUs |
Geschwindigkeitssteigerung von 2019 bis 2020 |
8 | 229,0 | 39,2 | 280 |
17,5 % |
560 |
10,6 % |
|||
1120 |
15,5 % |
|||
12 |
344,0 |
58,8 |
560 |
N. z. |
Die 3DEXPERIENCE Plattform ermöglicht naturgetreue Visualisierungen großer Datensätze. Diese Hochleistungsvisualisierung nutzt parallelisierte Mehrkernsysteme und ist viel schneller als Abaqus Viewer. Die 3DEXPERIENCE Plattform ermöglicht den Übergang von der technischen Visualisierung zu naturgetreuen Renderings, sodass Nicht-Ingenieure die Ergebnisse, die sie sehen, besser verstehen können.
Diese 3DEXPERIENCE Hochleistungsvisualisierung (High-Performance Visualization, HPVIZ) basiert auf einer speziellen Engine, die für die Unterstützung großer, realistischer FE-Simulationen entwickelt wurde. Mit HPVIZ können alle Anwender in jeder Umgebung auf Simulationsdaten zugreifen. Eine Multi-Domain Analyse mit mehreren Domänen kann ebenfalls untersucht werden. Diese naturgetreuen Visualisierungen stellen eine wichtige Entwicklung dar, da viele Personen an Crashsicherheits-Simulationen beteiligt sind, nicht nur Ingenieure. Sowohl Experten als auch Nicht-Experten können diese Crashsimulationen verstehen und mit ihnen interagieren, um effektiver zusammenzuarbeiten und schneller Ergebnisse zu erzielen.