E K V FR - vda.de 172...آ  Map-Objekt mit Map-Zielen und Map-Methoden Map-Methode Extrapolation Map-Ziel

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    FRi Xoinocö|coco iSCHRIHbN IREIHE NR. 172

    Erweiterte Knotenfunktionalität im parametrischen Entwurfswerkzeug SFE CONCEPT

  • Erweiterte Knotenfunktionalität im parametrischen Entwurfs-

    werkzeug SFE CONCEPT

    Auftraggeber:

    Forschungsvereinigung Automobiitechnik e.V. (FAT) Audi AG; BMW AG; DaimlerChrysler AG; Porsche AG; Volkswagen AG

    Auftragnehmer:

    SFE GmbH, Berlin, Geschäftsführer Dipl.-Ing. Hans Zimmer

    Verfasser:

    Hans Zimmer

  • Vorwort

    Für erfolgreiche Automobilhersteller gilt es, neue und breite Marktanforderungen schnell und flexibel umsetzen zu können. Die Strategie heißt „Time to Market". Recht- zeitig muss man sich als Automobilhersteller neuen Design-Anforderungen und neuen Maßgaben des Gesetzgebers stellen können. Das Bestreben liegt darin, Entwicklungs- zeiten weiter zu verkürzen und den Reifegrad des Produktes zu erhöhen.

    Dadurch ist eine Überarbeitung der heutigen Methoden und Vorgehensweisen nötig. Schon heute hat die virtuelle Fahrzeugentwicklung einen großen Stellenwert. Nume- rische Berechnungsmethoden leisten hier einen wertvollen Beitrag. Die rechner- gestützte Konzeptabsicherung ist eine Voraussetzung, um Konzept-Varianten zu be- werten und Strukturdefizite früh zu erkennen. Der innovative Ansatz, parametrischer, virtueller Prototypen ermöglicht eine flexible Variation der Fahrzeugstruktur zur Fin- dung eines optimierten Rohbaukonzeptes.

    SFE CONCEPT ist ein Werkzeug, welches schnell und mit wenig Inputdaten vollpara- metrische Geometrien beschreibt. Zusätzlich enthält es einen automatischen Vernetzer für FE-Schalenmodelle und erlaubt somit einen frühen Einsatz von FE-Berechnungen. Um die Erstellung der parametrischen Modelle zu beschleunigen und zu verbessern, hat die FAT die SFE GmbH beauftragt, die Funktionalität in der Knoten-modellierung zu erweitern. Der nachstehende Bericht fasst Zielsetzung und wichtige Ergebnisse des Forschungsvorhabens zusammen.

    Für die erfolgreiche Zusammenarbeit bedankt sich der projektbegleitende Unter- arbeitskreis „CAE in der Konzeptfindung" des FAT AK27, dessen Mitglieder namentlich im Anhang genannt sind, bei der SFE GmbH.

    Frankfurt, im Juli 2002

    Forschungsvereinigung Automobiltechnik e. V. (FAT)

  • Inhaltsverzeichnis

    1.

    2.

    3.

    4.

    5.

    6.

    7.

    8.

    9.

    Einleitung

    Beschreibung SFE CONCEPT

    Problemstellung

    Aufgabenbeschreibung

    Umsetzung der Beauftragung

    Überblick

    Map-Funktion

    Map-Objekte

    Map-Ziel

    Map-Objekt mit Map-Zielen und Map-Methoden

    Map-Methode

    Extrapolation Map-Ziel

    Topologische Verknüpfung

    Verdeutlichung anhand eines Map-Beispiels

    Anwendungsbeispiele

    Zusammenfassung

    Ausblick

    Literaturverzeichnis

  • 1. Einleitung

    In der Fahrzeugentwicklung stehen heute Automobilhersteller zunehmend vor dem Problem,

    innerhalb kurzer Entwicklungszeit verschiedene Konzepte eines Modells zu erstellen und weite-

    re Modellvarianten daraus abzuleiten. Es besteht auch der Wunsch und die Notwendigkeit

    möglichst auch die frühen Phasen der Fahrzeugentwicklung effizient mit CAE-Unterstützung zu

    begleiten [1]. In der Vergangenheit wurden CAE basierte Bewertungen eines Entwicklungs-

    standes oftmals nur „nachträglich" vorgenommen, weil zum aktuellen Zeitpunkt die

    erforderlichen Daten zur Bewertung noch nicht vorlagen. Gelingt es, die CAE basierte Bewer-

    tung rechtzeitig einzubinden, so lassen sich nicht nur Aufwand und Kosten infolge

    „nachträglicher" Änderung vermeiden, sondern es können auch wichtige „geometrisch" und /

    oder „topologisch" substanzielle Änderungen zeitgerecht abgesichert werden. Die Zukunft wird

    zeigen, ob die Notwendigkeit der rechtzeitigen Absicherung einer Fahrzeugkonzeptentschei-

    dung auch dazu führt, dass der Entwurf von CAE „aktiv getrieben" wird, wie dies in [2]

    beschrieben wird. „This has the obvious advantage of putting CAE in a position to lead the de-

    sign activity instead of reacting to it."

    „Damit CAE die Konstruktion in den frühen Phasen „treiben" kann, müssen die Fahrzeugmo-

    delle ohne die Verfügbarkeit von CAD-Daten erstellt und auch schnell modifiziert werden

    können" [1]. Mit SFE CONCEPT™ (SFEC) ist ein Werkzeug geschaffen worden, welches das

    Erreichen der o.g. Ziele und die Erfüllung der genannten Notwendigkeiten unterstützen kann

    [3]. Grundgedanken, die bereits in [5] formuliert wurden, sind in die Entwicklung von SFEC ein-

    geflossen. SFEC verfolgt im Gegensatz zu CAD-Programmen einen topologiebasierten Ansatz.

    Es ermöglicht die schnelle Erstellung von vollständig parametrisch aufgebauten Karosseriemo-

    dellen, die leicht topologisch und geometrisch modifiziert werden können. Der topologiebasierte

    Ansatz gewährleistet, dass bei einer Modifikation des Modells die Geometrie dertopologischen

    Beschreibung automatisch folgt. Durch diese Funktionalität wird eine schnelle Modellerstellung

    und die leichte Ableitung von Karosserievarianten ermöglicht. Im Anschluss können die erstell-

    ten Modelle innerhalb von SFEC FE-diskretisiert und einer CAE-Analyse zugeführt werden [4].

  • Die Arbeitsgruppe „CAE in der Konzeptfindung" des Arbeitskreises FAT-AK 27 hat die funktio-

    nale Erweiterung des Programmsystems SFEC durch eine Beauftragung unterstützt und

    gefördert. Hierfür möchte ich mich im Namen der SFE GmbH nochmals herzlich bedanken.

    Der Auftrag lautete:

    „Erweiterte Knotenfunktionalität im parametrischen Entwurfswerkzeug SFE CONCEPT „

    Die finanzielle Unterstützung wurde getragen durch die Firmen:

    AUDI AG

    BMW AG

    DAIMLERCHRYSLER AG

    PORSCHE AG

    und

    VOLKSWAGEN AG

  • 2. Beschreibung SFE CONCEPT

    SFE CONCEPT"* verfolgt im Gegensatz zu CAD-Werkzeugen einen topologiebasierten An-

    satz, bei dem sich die Geometrie aus den Vorgaben der Topologie ergibt. Es bietet in der

    Konzeptphase die Möglichkeit, mittels einer schnellen, deklarativen Konstrukteurssprache, die

    hochwertige Konstruktionselemente nutzt, eine topoiogische Beschreibung von vollständig pa-

    rametrischen Fahrzeugstrukturen zu erstellen und diese schnell zu bewerten. SFE

    CONCEPT™ führt somit zu einem schnellen Wissenszuwachs in der Konzeptphase der Karos-

    serieentwicklung (Abb. 1).

    100%-,

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    Reales Produktwissen

    > Erweiterung des Produktwissens mit SFE CONC

    • Schnelles, einfaches Erstellen von digitalen

    Modellen

    • Einfaches Modifizieren von Konzepten

    • frühes Überprüfen von Konzeptvarianten

    • Verwenden von digitalen Basismodellen

    • frühes Simulieren und Berechnen

    Arbeits- Produktion Vorbereitung

    Abb. 1: Erweiterung des frühen Produktwissens durch SFE CONCEPT TM

  • Typische Beschreibungselemente in SFE CONCEPT™ sind Punkte, Linien, Flächen, Profile,

    Balken und Knoten (Abb. 2).

    Linien (LINE) Einflusspunkte (IP)

    Balken (BEAM) Knoten (JOINT) Flächen (SURF)

    Abb. 2: Modellaufbau

    Das leicht zu definierende topologische Zusammenwirken dieser Grundelemente, beispielswei-

    se über Punktschweiß- oder Klebeverbindungen, ergibt eine vollständige Beschreibung des

    Modells. Die automatische Generierung von bestimmten Elementen, wie z.B. Knoten oder Bal-

    ken, unterstützt dabei den Konstrukteur und führt zu einer schnellen Modellerzeugung.

    6

  • Die abbildbare Komplexität von Knotenverbindungen ist nahezu uneingeschränkt (Abb. 3).

    Modellbeispiel: JOINT

    Modellbeispiel: JOINT

    Abb. 3: Knotenkomplexität (Joint)

    Der parametrisierte Aufbau der Modelle ermöglicht ein einfaches und schnelles Umsetzen von

    topologischen und geometrischen Änderungen innerhalb des Modells, wodurch sich leicht Ka-

    rosserievarianten bilden lassen. Die Geometrie folgt dabei stets der Topologie: Eine

    Veränderung der Geometrie eines Elements, beispielsweise die Änderung der Länge eines

    Schwellers oder die Verschiebung eines Knotens, hat keine Auswirkungen auf dessen topologi-

    sche Gestalt. Die Änderung eines Elements führt zu einer automatischen Geometrie-

    Anpassung der topologisch verbundenen, zugehörigen Elemente (Abb. 4,5).

  • Parametrische Modifikation

    Automatische Anpassung aller abhängigen Objekte bei Verschiebung eines Einflusspunktes

    Abb. 4: Geometrische Änderung Einflusspunkt

    8

  • Parametrische Modifikation

    • Übernahme einer Profiländerung

    __

    Abb:5 Geometrische und topologische Änderung Profil

    9

  • Zur Analyse der parametrischen Modelle können diese über einen integrierten Vernetzer dis-

    kretisiert und in ein FE-Netz überf