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FEM-Simulation eines Komplettrades unter dynamischen Lasten
CADFEM leistet Know-how-Transfer an Brock Alloy Wheels zur effizienten FEM-Simulation eines Reifens mit Felge unter dynamischen Lasten.

Zuverlässige Felgen auch bei ungünstigen Lasten

Branche: AutomobilzuliefererFachgebiet: Strukturmechanik

Die Brock Alloy Wheels GmbH ist als hochwertiger Felgenhersteller bekannt, der bereits in der Produktplanungsphase auf die topologische Optimierung der Geometrien setzt. Die Interaktion der Felge mit dem umgebenden Reifen hat durchaus signifikanten Einfluss auf Beanspruchungen vor allem bei dynamischen Lastszenarien.

Zusammenfassung

Aufgabe

Die statischen Festigkeitsnachweise zur Validierung des jeweiligen Felgendesigns wurden bislang mit FEM-Analysen der „nackten“ Felgen durchgeführt. Für den Modellaufbau von Kompletträdern sowie zur Analyse der typischen dynamischen Lastfälle sind effektive Methoden gefordert.

Lösung

Die Herausforderung bei der Simulation von Kompletträdern besteht vor allem in der Abbildung des komplexen Reifenaufbaus. Hierzu bietet Ansys Mechanical neben zahlreichen Materialmodellen für das hyperelastische Gummiverhalten vor allem auch eine einfache Abbildung des eingebetteten Stahlgewebes mittels Verstärkungselementen.

Kundennutzen

Mit dem vorliegenden Analyse-Setup ist Brock Alloy Wheels in der Lage, dem Kunden bereits in der Entwicklungsphase das Erfüllen der geforderten Spezifikationen der Felge in Wechselwirkung mit dem Reifen zu demonstrieren.

Projektdetails

Aufgabe

Die Brock Alloy Wheels GmbH ist als hochwertiger Felgenhersteller bekannt, der bereits in der Produktplanungsphase auf die topologische Optimierung der Geometrien setzt. So kann er einerseits das Material ressourcen- und kostenschonend einsetzen und andererseits das besondere Fahrgefühl gewährleisten. Die statischen Festigkeitsnachweise zur Validierung der entworfenen Felgendesigns wurden bislang mit FEM-Analysen der „nackten“ Felgen durchgeführt. Jedoch hat die Interaktion der Felge mit dem umgebenden Reifen durchaus signifikanten Einfluss auf Beanspruchungen vor allem bei dynamischen Lastszenarien. Hierzu sind effektive Methoden zum Modellaufbau von Kompletträdern sowie zur Analyse typischer dynamischer Lastfälle gefordert.


Nutzen für den Kunden

Mit dem vorliegenden Analyse-Setup ist Brock Alloy Wheels in der Lage, dem Kunden bereits in der Entwicklungsphase das Erfüllen der geforderten Spezifikationen der Felge in Wechselwirkung mit dem Reifen zu demonstrieren. Zusätzlich können Verbesserungspotentiale für unterschiedliche statische und dynamische Einsatzszenarien frühzeitig aufgezeigt werden.

„Mit der FEM-Analyse wird bei Brock das Strukturverhalten eines Radtypes geprüft. Durch Simulationen, die reale Alltags-Szenarien und andere Einsatzbedingungen durchspielen, wird im Vorfeld ermittelt, wie eine Optimierung schon vor der Herstellung erfolgen kann. Hierbei werden Schwachstellen aufgedeckt, das Leistungsgewicht verbessert und der Materialeinsatz ermittelt. Außerdem kann eine exakte Aussage über die Lebensdauer getroffen werden. Als Resultat entstehen rekordverdächtige Entwicklungszeiten.“ (www.brock.de/unternehmen)


Lösung

Die Herausforderung bei der Simulation von Kompletträdern besteht in der Abbildung des komplexen Reifenaufbaus. Hierzu bietet Ansys Mechanical neben zahlreichen Materialmodellen für das hyperelastische Gummiverhalten vor allem auch eine einfache Abbildung des eingebetteten Stahlgewebes mittels Verstärkungselementen. Das kompressible Luftvolumen kann ohne komplexe Fluid-Struktur-Analyse als hydrostatisches Zusatzelement berücksichtigt werden. Mit diesem Modellaufbau ist es möglich, auch typische dynamische Lastfälle wie Fall- und Abrolltests mittels impliziter transienter FEM-Berechnung effizient durchzuführen. Der Know-how-Transfer von CADFEM zu Brock Alloy Wheels erfolgte mit einem Demonstrator im Rahmen eines individuellen Trainings. Dabei wurden typische Lastfälle gemeinsam diskutiert und die jeweiligen Lösungen von den CADFEM Experten den Brock-Mitarbeitern individuell vermittelt.


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