Entwicklung der

Mehrkörpersimulation am

Beispiel von Adams

Presented By: Dr. Tarik El-Dsoki

7-te SAXSIM in Chemnitz 31-03-2015

Gliederung

3/11/2015 2

1. Vorstellung MSC

2. Was ist die Mehrkörpersimulation

3. Erweiterung der Systeme durch deformierbares

Verhalten von Bauteilen

4. Die Lebensdaueranalyse als Erweiterung

5. Beispiele

6. Zusammenfassung und Ausblick

3/11/2015 3

MSC Software

Eines der zehn traditionsreichsten Softwareunternehmen*

Führender Anbieter von Computer Aided Engineering (CAE)-Software

Privat geführtes Unternehmen der Symphony Technology Group

Ursprung in der NASA → Nastran → NAsa STRuctural ANalysis System

Weltweit

Niederlassungen in 20 Ländern

Hauptsitz in New Port Beach, USA

Gegründet 1963

Über 1.000 Mitarbeiter

Europa

Europazentrale in München, Deutschland

Gegründet 1973

Circa 300 Mitarbeiter

* Umfrage MaximumPC - CTR, IBM, Computer Usage Company, Computer Science, MSC Software, Applied Data Systems, Cincom Systems, Nintendo, Microsoft, Apple

3/11/2015

Standorte Weltweit

3/11/20

15

• 20 Länder • R&D in 4 Ländern

4

Brazil

USA

Canada

Australia

Japan

Taiwan

Russia

South Korea

South Africa

Singapore

Morocco

UK

Spain

Sweden

France

Italy

Egypt

Israel

Turkey Iraq

CZ

UAESaudi

Arabia

Nigeria

TunisPakistan

Ann Arbor

Netherlands

Germany

India

China

Netherlands

India

China

Santa Ana

Glendale

San Jose

3/11/2015 5

Historie

1999Nichtlineare

Simulationen

mit Marc

1963MacNeal-

Schwendler

Corporation

gegründet

1965MSC & NASA:

Nastran is born

1973MSC geht nach

Europa

2009Simulations-

daten &

Prozesse mit

SimManager

2002Mehrkörper-

dynamik mit

Adams

2011Akustik

mit Actran

1994Pre/Post

Processing mit

Patran

1969Erste Nastran

Installation

2013Materialien &

Werkstoffe mit

Digimat

2014Simulation neu

gedacht mit

MSC Apex

2015Umformen &

Schweißen

mit Simufact

3/11/2015 6

MSC Student Edition

MSC Software Lizenzen exklusiv für Studenten

Nastran/Patran, Marc, Adams, SimXpert, Actran und

Digimat

Kostenlos

Zwei Jahre gültig

Download

Im MSC Software Student Center

www.mscsoftware.com/de/student-edition

Für Registrierung Kopie des Studentenausweis oder

Immatrikulationsbescheinung nötig

Hardware

Windows 32, 64 Bit OS

3/11/2015 7

Formula Student

MSC Software unterstützt Formula Student Teams

mit Softwarepaketen für die Konstruktion der

virtuellen Prototypen.

Gliederung

3/11/2015 8

1. Vorstellung MSC

2. Klassischer Engineering Prozeß mit der Mehrkörpersimulation

3. Erweiterung der Systeme durch deformierbares

Verhalten von Bauteilen

4. Die Lebensdaueranalyse als Erweiterung

5. Beispiele

6. Zusammenfassung und Ausblick

9

Typischer Engineering Prozeß mit der MKS Analyse

Engineering Wissen

(Analytisches Konzept)

Auslegung der

Bauteile nach ISO

Akustik

(i.e. Actran)

Vibration

(i.e. Nastran)

Deformation

(i.e. Nastran/Marc)

Lebensdauerberechnung

(i.e. MSC.Fatigue)

10

Engineering Wissen

(Analytisches Konzept)

Auslegung der

Bauteile nach ISO

Akustik

(i.e. Actran)

Vibration

(i.e. Nastran)

Deformation

(i.e. Nastran/Marc)

Lebensdauerberechnung

(i.e. MSC.Fatigue)

Typischer Engineering Prozeß mit der MKS Analyse

MKSAnalytisch Analytisch

FEM

AkustikLebensdauer

FEM

11

MBD

FEM

Akustik

Analytisch

Lebensdauer

Ideale Umsetzung:

- EIN Systemspezialist führt eine erste detailierte Systemanalyse in einer frühen Konzeptphase durch

- Die Spezialisten werden erst später im Entwicklungsprozeß involviert

Gesamt Prozeßintegration

Gliederung

3/11/2015 12

1. Vorstellung MSC

2. Klassischer Engineering Prozeß mit der Mehrkörpersimulation

3. Erweiterung der Systeme durch deformierbares

Verhalten von Bauteilen

4. Die Lebensdaueranalyse als Erweiterung

5. Beispiele

6. Zusammenfassung und Ausblick

3/11/2015 13

Anforderungen an Engineering

Kurze Antwortzeiten

Modellaufbau, Rechenzeit, Postprozessing

Hohe Genauigkeit

Optimierung der Bauteile / des Systems

Starrkörpermechanik

MKS – validiertes Simulationswerkzeug

„Rigid Body‘ ist eine Annahme

Hyperstatische Lagerung?

Ungenaue Systemantwort

ungenaue Bauteilbelastung

Elastische Körper

FE-Modelle meistens vorhanden

Geringer Aufwand/Kosten (rigidflexible)

Genaueres Systemverhalten

Genauere Bauteilbelastung

Spannungsrückführung

Warum Erweiterung durch elastisches Bauteilverhalten?

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Definition elastischer Körper

Kleine Deformationen

Lineares Materialverhalten

Annahmen gültig für breiten Anwendungsbereich

Theorie der Flexiblen Bauteilverhaltens in der MKS I

3/11/2015 15

Mrr Mrm r F

Mmr Mmm qT q = f

q 0 0

Mrr qT r F

q 0 0=

Starrkörpersystem System starre u. elast. Körper

• m = T M

• Rang der Matrix m = n_Moden x n_Moden

• Rechenzeit in Adams unabhängig von Anzahl der Knoten

• Verwendung fein vernetzter Bauteile empfehlenswert

• Genaue Systemdynamik & Bauteilbelastung & Spannungen

Theorie der Flexiblen Bauteilverhaltens in der MKS II

3/11/2015 16

Größe der FE-Modelle in MKS

Bis x.000.000 Knoten ( n )

Anzahl der Interface-FHG

Beschränkt in Anzahl ( i*6 )

Wenn Fokus Systemdynamik ist

Lastverteilung durch RBE

i << n

Modale Synthese

Gliederung

3/11/2015 17

1. Vorstellung MSC

2. Klassischer Engineering Prozeß mit der Mehrkörpersimulation

3. Erweiterung der Systeme durch deformierbares

Verhalten von Bauteilen

4. Die Lebensdaueranalyse als Erweiterung

5. Beispiele

6. Zusammenfassung und Ausblick

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Statics

Dynamics

Time Domain

Frequency Domain

Local Stress

Histories

P2(t)

P1(t)

P1(t)

P2(t)

Fatigue

)(tij

Was bedeutet: Lebensdauer

3/11/2015

S-N

160 yrs ago

Crack propagation

50 yrs ago

NASTRAN

50 yrs ago

Integration with MBD

10 yrs ago

1st major transportation

disaster Versailles May

11th 1842

Failure

Mechanisms 107

years ago

Use of non-linear

(Marc) FE results

8 yrs ago

MSC Fatigue

20 yrs ago

Fatigue

Dynamics

CAE

Nastran Embedded

Fatigue

TODAY

Die Lebensdauerbetrachtung & Integration in die CAE

19

3/11/2015 20

NEF

Nastran Fatigue

Input files Results files

NEF

Input file Results file

Große OP2 und

FES Dateien

Optimisation

Aktueller Status

44 Std

Vergleichbarer NEF Rechnung

1.2 Std

Konventionelle Integration von Fatigue in der CAE

21

Prozßüberblick: Adams - NEF

Prepare Model Create Configuration Run Co-Simulation Plot Results Co-Animate

Adams Model

FEM Model

Adams

NEF

Stre

sse

s

Verschiebung,

Geschwindigkeit

Schädigung

22

Ergebnis: Kurbelwelle mit 1 Mio Tet4 Elemente

Gliederung

3/11/2015 23

1. Vorstellung MSC

2. Klassischer Engineering Prozeß mit der Mehrkörpersimulation

3. Erweiterung der Systeme durch deformierbares

Verhalten von Bauteilen

4. Die Lebensdaueranalyse als Erweiterung

5. Beispiele

6. Zusammenfassung und Ausblick

24

Ergebnis: NEF gekoppelt mitAdams/Car

Gliederung

3/11/2015 25

1. Vorstellung MSC

2. Klassischer Engineering Prozeß mit der Mehrkörpersimulation

3. Erweiterung der Systeme durch deformierbares

Verhalten von Bauteilen

4. Die Lebensdaueranalyse als Erweiterung

5. Beispiele

6. Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung und Ausblick

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Multi-disziplinäre Modelle versprechen einen Erkenntnisgewinn. Durch Automatiserung/Verschmelzung

innerhalb des Ansatzes von MSC Software fokusiert sich das notwendige numerische Anwenderwissen

jedoch in erster Linie auf die Mehrkörperdynamik

Multi-disziplinäre Modelle können für Systeme und Komponenten gleichermaßen zum Einsatz

kommen.

Multi-disziplinäre Simulationen lassen sich zu automatisierten Prozessen verknüpfen, so dass der

Anwender ein „Objekt“-Spezialist sein kann; aber kein Numerik-Fachmann in allen numerischen

Disziplinen sein muss.

Der Einfluss von Komponenten schlägt sich sehr oft im Systemverhalten nieder. Die benötigte Qualität

darf nicht unterschätzt werden. Gerade die Dynamik reagiert sensibel auf kleinste Änderungen in der

Interaktion der Komponenten.