Einerseits werden beim Nutzfahrzeug möglichst hohe Nutzlasten gefordert, der Trend zu immer höherwertiger und umfangreicherer Ausstattung vor allem bzgl. Komfort und Sicherheit zwingt die Fahrzeughersteller zunehmend zu Leichtbaumaßnahmen und besserer Ausnutzung der Werkstofffestigkeit. Diesem Trend folgend treten Schwingungsprobleme verstärkt in den Vordergrund, die einerseits zu Komforteinbußen, andererseits zu Festigkeitsproblemen führen können. Damit gewinnt die dynamische Prüfung und Berechnung von Fahrzeugkomponenten immer stärker an Bedeutung. Im vorliegenden Beitrag wird am Beispiel eines Lkw-Reserveradhalters die Verknüpfung von Finite-Elemente-Methode (FEM) und Mehrkörpersimulation (MKS) zur Berechnung des Spannungsverlaufs sowie daran anschließend der Schädigungsverteilung erläutert. Es wird ein grober Überblick und ein Vergleich zu alternativen Vorgehensweisen geliefert: Die Verformung und damit der Spannungsverlauf der zu untersuchenden elastischen FE-Struktur werden durch eine Linearkombination von Eigenschwingformen des frei schwebenden Systems sowie sog. Inertia Relief Moden beschrieben. Durch Reduktionstechniken können die Moden auf wenige Freiheitsgrade des FE-Modells beschränkt werden. Die Anzahl der FE-Freiheitsgrade von i.a. über 100000 wird somit durch einige wenige Moden beschrieben, deren Anzahl N um Größenordnungen unter der des FE-Modells liegt. Beschränkt man sich lediglich auf die Statikmoden, kann dies zu erheblichen Fehlern führen. Bezüglich der Eigenschwingformen und Statikmoden ergeben sich reduzierte Steifigkeits- und Massenmatrizen. Die Berechnung der reduzierten Moden und Matrizen erfolgt mit dem FE-Programm ANSYS. Zusammen mit den Eigenmoden werden diese Matrizen an den SIMPACK-Preprozessor FEMBS übergeben, wo zusammen mit zusätzlichen Statikmoden eine Orthogonalisierung erfolgt. In SIMPACK selbst erfolgt anschließend die nichtlineare Zeitintegration, die über die LOADS-Schnittstelle die zeitlich veränderlichen Überhöhungsfaktoren für die Eigen-und Statikformen liefert. Anschließend ist für jeden gewünschten Zeitpunkt das Spanungsfeld als gewichtete Überlagerung der den jeweiligen Moden zugeordneten Spannungen berechenbar. Die ersten Erfahrungen mit dem Berechnungsverfahren deuten auf ein breites Anwendungsspektrum hin.
Virtueller Prüfstand - Lebensdauerberechnung unter Anwendung der MKS mit modaler Superposition am Beispiel LKW-Rahmenanbauteile
Virtual test stand - fatigue analysis using MBS with modal superposition exemplified on truck frame components
2003
14 Seiten, 13 Bilder, 3 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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