Des résultats aussi légers qu'une plume
L'entreprise familiale Mubea est considérée comme un spécialiste innovant de l'allègement des ressorts et des composants de véhicules lourds. Afin de développer rapidement et économiquement les produits optimaux, Mubea Fahrwerksfedern GmbH utilise un logiciel d'optimisation intégré à la simulation qui peut faire plus que tester la résistance d'un modèle.
Mubea, spécialiste du design léger
Au cours de l'histoire plus que centenaire de l'entreprise, de nombreuses d'innovations de Mubea ont été réalisées dans l'industrie automobile. Par exemple, le premier stabilisateur tubulaire au monde a été développé à Attendorn en 1980 pour Porsche. La réduction de poids par rapport à la solution précédente était de 40 %. Ce nouveau stabilisateur a été immédiatement utilisée dans la production en série pour la Porsche 928.
De même, lorsque le groupe Volkswagen a atteint ses limites avec les jambes de suspension McPherson conventionnelles des modèles Audi Quattro, Golf et Passat à la fin des années 1980, Muhr et Bender ont mis au point le "ressort à charge latérale" breveté. Aujourd'hui, ce ressort, également connu sous le nom de ressort KMP (force-medium-point), est un standard précieux. Ce ressort, qui a la forme d'un S lorsqu'il n'est pas chargé, peut supporter des forces latérales et est essentiel pour la fonctionnalité de l'ensemble du système dans les véhicules modernes. La conception d'un tel ressort est extrêmement exigeante et la production requiert le plus grand soin. Même de petites erreurs peuvent entraîner des coûts consécutifs élevés en raison de l'endommagement des essieux.
Confort et sécurité de conduite
Indépendamment du fait que les ressorts d'essieu soient installés dans des véhicules à entraînement conventionnel ou électrique, ils ont une influence majeure sur le confort et la sécurité de conduite. Bien que peu visibles, les ressorts d'essieu, en combinaison avec les stabilisateurs, ont une influence déterminante sur la "bonne sensation" de conduite du véhicule, une tenue de route sûre et un comportement de freinage contrôlé, permettant une conduite souple.
Les experts parlent de "réponse au roulis et au tangage". Pour être à la hauteur de la réputation de Mubea, le contrôle de tous les facteurs influençant la qualité du produit final est de la plus haute importance. En tant que spécialiste de la légèreté, il est toujours important de choisir les matériaux et la méthode de construction de sorte que, d'une part, l’ensemble des exigences puisse être satisfait et d'autre part que les charges qui se produisent puissent être supportées sans générer de « lestage » inutile. La structure d'une entreprise familiale, avec un grand savoir-faire et un niveau élevé d'intégration verticale, offre la flexibilité et la rapidité nécessaires que le marché exige.
La simulation naturellement
Le succès et la compétitivité d'un futur système de ressorts dépend des bases de sécurité établies dans le département de développement. C'est là que sont mises en œuvre de nombreuses innovations révolutionnaires. Il va donc de soi que chez Mubea, des logiciels de simulation sont utilisés pour vérifier efficacement la capacité de charge des variantes de conception.
Sergej Schneider, ingénieur en technologie de simulation chez Mubea Fahrwerksfedern GmbH, sait ce qui est important. Il explique : "Pour les ressorts d'essieu cylindriques, où la force est appliquée en parallèle, la conception peut peut-être encore être réalisée à l'aide de formules analytiques. Cependant, la simulation est essentielle pour rationaliser la conception des ressorts KMP, qui sont soumis à des forces latérales et présentent différentes formes de ressorts d'essieu et de déflexion".
Sergej Schneider, Head of CAE Chassis Advanced Development, Mubea Fahrwerksfedern GmbHAvec Ansys optiSLang, la conception automatisée est essentielle pour des résultats de haute qualité dans les plus brefs délais et à la recherche de solutions judicieuses, notamment lorsque la conception manuelle est difficile.
Concepteur graphique de printemps
La modélisation du ressort d'essieu se fait dans une application spécialement développée appelée "GRASP-Designer". L'application fournit une enveloppe cylindrique comme géométrie auxiliaire autour de laquelle le ressort s'enroule en hélice avec un pas constant. Il suffit d'entrer quelques paramètres pour pouvoir créer la conception de ressorts d'essieu en forme de c ou de s avec des corps cylindriques et des enroulements de complexité variable. La construction mathématique de NURBS (Non-Uniform-Rational-B-Splines) a été utilisée pour définir les données du cylindre et de l'enroulement. Une extension de la définition des B-splines, qui peut représenter mathématiquement des courbes circulaires idéales, est une exigence cruciale pour obtenir les données de simulation les plus significatives possibles.
La surface latérale du corps cylindrique paramétrique est ainsi définie comme une surface NURBS fermée et est pourvue de points de contrôle qui représentent un réseau de contrôle fonctionnant en arrière-plan et permettant les calculs. Dans le processus de conception, tous les points de contrôle ne sont pas validés en tant que paramètres, mais seulement comme des "substituts" résumé significatif des points. Ceux-ci sont très intuitivement identifiés comme diamètre, déplacement et pente et réduisent les paramètres d'optimisation.
L'enroulement multiple du ressort d'essieu sur le corps du cylindre est réalisé par un nombre variable de points de contrôle et le nombre de spires souhaité. Le premier et le dernier point de contrôle sont fixes, tous les autres points peuvent être déplacés librement dans le plan uv (u = direction d'enroulement, v = "hauteur" sur la surface latérale). L'influence locale d'un point de contrôle de la bobine sur la géométrie du ressort d'essieu dépend du degré de la courbe NURBS (voir figure 4).
Optimisation des spécialités
Outre la simulation numérique habituelle, qui est réalisée chez Mubea à l'aide d'un modèle de poutre et d'un modèle solide, la possibilité d'optimiser la conception est particulièrement importante. Alors que l'analyse FE est couverte par Ansys Mechanical APDL (Ansys Parametric Design Language), Ansys optiSLang est responsable de l'optimisation. Comme alternative à l'optimisation dans le cadre de la simulation, des essais avec des prototypes sont disponibles. Toutefois, compte tenu des nombreuses variantes et des dépenses élevées en termes de matériel, de temps et de main-d'œuvre, la question de la rentabilité se pose rapidement. Avec Ansys optiSLang, les conceptions peuvent être comprises et évaluées rapidement, et améliorées de manière très rentable dans les plus brefs délais. C'est un avantage dont une entreprise de taille moyenne comme Mubea est heureuse de profiter afin de mettre rapidement sur le marché des produits de haute qualité.
Vérifier 4000 variantes en appuyant sur un bouton
Les ressorts d'essieu sont soumis à une charge statique et dynamique pendant la compression et l'extension, et ils prennent de l'espace dans le processus. La charge statique est évaluée sur la base de la contrainte de cisaillement, la charge dynamique sur la base du paramètre d'endommagement selon Smith, Watson et Topper. En plus des restrictions - ne pas dépasser la contrainte et l'endommagement limites fixés - l'objectif principal est d'homogénéiser la contrainte de cisaillement ou l'endommagement sur une zone de bobine considérée du ressort d'essieu et donc d'utiliser le matériau de manière uniforme. En outre, une attention particulière est accordée à l'endommagement éventuel de l'espace d'installation dans lequel se trouve le ressort d'essieu. Avec Ansys optiSLang, une telle conception automatisée du ressort d'essieu peut être réalisée sans problème.
Dans l'exemple présenté, un ressort d'essieu cylindrique basé sur une conception préliminaire analytique a été utilisé. Après avoir simulé près de 4 000 conceptions, une conception optimisée a été finalement retenue. Chez Mubea, optiSLang vérifie généralement entre 4 000 et 6 000 conceptions jusqu'à ce que la meilleure variante soit choisie.
Manuel de Virtual Beats
Pour Sergej Schneider, ingénieur en simulation chez Mubea, l'optimisation de la conception avec Ansys optiSLang est devenue indispensable : "La conception automatisée des ressorts d'essieu avec optiSLang a fait ses preuves chez Mubea et est extrêmement pratique. La conception automatisée est convaincante à deux égards : par des résultats de haute qualité dans les plus brefs délais et par la recherche de solutions judicieuses, notamment lorsque la conception manuelle est difficile. Le grand avantage de la conception automatisée réside dans l'homogénéisation des courbes de contrainte et, en particulier, des courbes d'endommagement, qui constituent autrement un défi majeur dans la conception manuelle."
Les outils de simulation et d'optimisation d'Ansys, associés au support de CADFEM, offrent à Mubea une aide indispensable pour trouver la variante optimale pour une construction légère parfaite.
