3DEXPERIENCE Works Simulation für FEA und CFD in der Automobilbranche

Verkehr und Mobilität bzw. die Automobilindustrie beeinflussen unser tägliches Leben in vielerlei Hinsicht. Angefangen bei den direkten Auswirkungen auf die Sicherheit und den Komfort unseres täglichen Arbeitswegs bis hin zu den langfristigen Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit und die Zukunft unseres Planeten. Der kontinuierliche Versuch, bessere Produkte zu entwickeln, ist ein fortlaufendes Ziel, das niemals erreicht ist. In diesem Zusammenhang sind Simulation und virtuelles Prototyping von großer Bedeutung – von der Ideenfindung über die Konstruktion bis hin zum Engineering und darüber hinaus.

In diesem Blogartikel und in der Präsentation konzentriere ich mich auf einen Teil der Simulationslösungen, die wir unseren SOLIDWORKS Kunden in der Automobilindustrie zur Verfügung stellen. Es handelt sich dabei um die Finite-Elemente-Analyse (FEA) und die numerische Strömungsmechanik (CFD).

Überblick über Simulationen in der Automobilindustrie: FEA, CFD, PIM und weitere

Bei der Simulation der strukturellen Belastung unter Verwendung der FEA und der frühen Phase der Teilekonstruktion und -entwicklung, z. B. einer Autofelge, kann eine lineare statische Analyse zusammen mit Funktionen für die Versuchsplanung (DoE) und die mögliche Topologieoptimierung sehr nützlich sein. Für Analysten ist die Simulation eines Autounfalls ein Beispiel für eine nichtlineare dynamische Analyse, die sich für einen expliziten Solver eignet. Zwischen diesen Extremfällen sind zahllose FEA-Studien denkbar. Dazu zählen Ermüdung und Haltbarkeit der einzelnen Komponenten sowie Erschütterungen und linear dynamische Anwendungen. Ein Beispiel dafür ist die harmonische Antwort des Motors in einem Frequenzbereich auf die zufälligen Schwingungen des Federungssystems auf unbekannten Straßenbedingungen.

Mit CFD können Sie Aerodynamik und Komfort sowie Strömung und Wärmemanagement des Motors und der Batterien in Elektrofahrzeugen simulieren. Die Simulation des Kunststoffspritzgusses kann Konstrukteuren dabei helfen, mögliche Fehler wie Short Shots, Einfallstellen und übermäßige Verformung zu vermeiden und die Produktkonstruktion für die Herstellung zu verbessern. Auch andere Bereiche können simuliert werden, darunter Elektromagnetik, Mehrkörpersysteme und die Kombination verschiedener Analysen zu Multiphysik.

Anwendungen und Versionen von Simulationen in SOLIDWORKS, 3DEXPERIENCE Works und SIMULIA sowie die verschiedenen Rollen

Die SOLIDWORKS Simulation Desktop-Lösungen für FEA, CFD und Kunststoffe sind vollständig in die CAD-Umgebung eingebettet. Sie bieten Konstrukteuren und Ingenieuren benutzerfreundliche Werkzeuge, die sich hervorragend für etablierte Anwendungen eignen. Zu den wichtigsten Anforderungen gehört die Benutzerfreundlichkeit. Dadurch kann SOLIDWORKS Simulation von vielen Anwendern genutzt werden kann, auch wenn sie bisher noch gar nicht oder nur auf einem sehr einfachen Level damit gearbeitet haben.

Unser 3DEXPERIENCE Plattform Produktportfolio zeichnet sich durch seine Skalierbarkeit, Cloud und Leistungsfähigkeit aus. Dabei stehen verschiedene Rollen zur Verfügung, die skalierbare cloudbasierte Simulationswerkzeuge beinhalten.

Vergleicht man unsere SOLIDWORKS Simulation Desktop-Lösungen und 3DEXPERIENCE Works Cloud-Lösungen, so gibt es große und kleine Unterschiede und Gemeinsamkeiten. Der große Unterschied besteht zwischen Desktop und Plattform – und all dem, was die Plattform in Bezug auf die cloudbasierte Zusammenarbeit bietet.

Was die Technologie und die numerischen Funktionen betrifft, so verwenden SOLIDWORKS Plastics Simulation und Plastic Injection Engineer dieselbe zugrunde liegende Technologie. Im Bereich CFD lösen sowohl Flow Simulation als auch Fluid Dynamics Engineer die Navier-Stokes-PDEs und die Gleichungen. Sie decken viele ähnliche Anwendungen ab, unterscheiden sich aber in Bereichen wie Vernetzungsmethodik und Elementtypen, Erfassung der Grenzschicht und einigen Strömungsmodellen.

Um beim Thema CFD zu bleiben: Die andere von unserer Marke SIMULIA angebotene Lösung verwendet die so genannte Lattice-Boltzmann-Methode (LBM). Diese eignet sich besser für sehr transistente Probleme und außerdem für bewegte Teile.

In dem Video unten sehen Sie, wie sich Wasser im Tank eines fahrenden Lastwagens hin- und herbewegt. Dieses Video zeigt die Lösung mit XFlow und der LBM-Methode. Sie können dieses Problem aber auch mit der Navier-Stokes-basierten Strömungssimulation und dem Fluid Dynamics Engineer mit der Volume-of-Fluid-Methode (VOF) lösen, allerdings mit einem anderen Netz.

 

Structural Performance Engineer auf der 3DEXPERIENCE Plattform (ABAQUS Technologie): Simulation der Inneneinrichtung eines Autos

Structural Performance Engineer eignet sich für FEA und Spannungsanalysen, insbesondere für stark nichtlineare Probleme. Egal ob Material-, Geometrie- oder Kontakt-Nichtlinearität. Das liegt daran, dass es die zugrundeliegende ABAQUS Technologie mit ihrem hocheffizienten Solver, unterschiedlichen Materialien und einer Reihe von Elementtypen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen verwendet. Für kurzzeitige Anwendungen wie Aufprall-, Kollisions-, Fall- und Crashtests wird der explizite ABAQUS Solver in der Rolle des Strukturmechanikers verwendet.

Arbeitsablauf für Auspuffkonstruktion in SOLIDWORKS Simulation

Aus der Konstruktionsperspektive und für alle unsere Simulationsfunktionen ist in der Abbildung oben ein typischer Arbeitsablauf dargestellt. In diesem Fall zeigt die Abbildung eine Auspuffkonstruktion. Sie lesen die CAD-Geometrie ein und bereiten das Modell gegebenenfalls für die Simulation vor. Anschließend legen Sie das Einsatzszenario fest, indem Sie geeignete Grenzwerte festlegen. Das Programm generiert dann das Netz, anschließend werden die Ergebnisse im sogenannten Post-Processing aufbereitet. Um Ihren Entwurf zu verbessern und Alternativen zu untersuchen, nehmen Sie einfach Änderungen vor. Das Programm aktualisiert automatisch den Simulationsaufbau und die Vernetzung sowie die Lösung und die Nachbearbeitung. Sie wiederholen diesen Prozess einfach, bis Sie mit Ihrem Entwurf zufrieden sind.

In der Automobilindustrie gibt es zahlreiche Anwendungen, die sich für die Simulation eignen, insbesondere FEA und CFD. Konstrukteure, Ingenieure und Analysten können unsere Lösungen sowohl auf dem Desktop als auch in der Cloud verwenden. Die 3DEXPERIENCE Plattform mit ihren vielen Rollen in einer einheitlichen Umgebung kann Ihnen helfen, Ihre Ziele zu erreichen, indem Sie realistischere Simulationen einfach, genau und effizient durchführen.

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Dassault Systèmes bietet mit SOLIDWORKS und den cloudbasierten 3DEXPERIENCE Works Lösungen komplette 3D-Softwarewerkzeuge zum Erstellen, Simulieren, Publizieren und Verwalten Ihrer Daten im Produktentwicklungsprozess und bietet zudem die notwendigen Tools zur Fertigung und Prüfung. Die Softwarelösungen sind leicht erlernbar und anwendbar und lassen sich zusammen einsetzen, damit Sie Ihre Produkte besser, schneller und kostengünstiger entwickeln können. Ein Fokus liegt nach wie vor auf der Benutzerfreundlichkeit, was immer mehr Ingenieuren, Konstrukteuren und anderen Technikern die Möglichkeit gibt, die Vorteile von 3D zur praktischen Umsetzung ihrer Konstruktionen zu nutzen.