Höher belastet und trotzdem leichter?

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Parameterfreie Shapeoptimierung für Downsizing von Motorkomponenten

Pressemeldung der Firma FE-DESIGN GmbH

Forschungsprojekt „ShapeOpt2CAD“ der Universität Erlangen, B&W Software GmbH, FE-DESIGN GmbH und Federal-Mogul Nürnberg GmbH Moderne Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sind heute Standard in der Produktentwicklung. Um diesen virtuellen Produktentwicklungsprozess weiterzuentwickeln, haben sich Wissenschaftler der Universität Erlangen-Nürnberg[1], Mitarbeiter der Softwareunternehmen FE-DESIGN GmbH und B&W Software GmbH sowie des Automobilzulieferers Federal-Mogul Nürnberg GmbH, im Forschungsprojekt ShapOpt2CAD zusammengefunden. „ShapeOpt2CAD“ war bei der Ausschreibung der Forschungsförderung KMU Innovativ „IKT 2020 – Forschung für Innovationen“ erfolgreich und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Das 2-jährige Forschungsprojekt hat das ausgewiesene Ziel, „die Entwicklung und Integration einer fertigungs- und belastungsgerechten Gestaltoptimierung in modernen Produktentwicklungsumgebungen“ voranzutreiben. Um eine schnelle Umsetzung der Ergebnisse in die praktische Ingenieurstätigkeit zu gewährleisten, sind die Firmen Adam Opel AG (Entwicklungszentrum Rüsselsheim) und Robert Bosch GmbH als assoziierte Partner am Projekt beteiligt. Zusätzlich werden die großen Softwareanbieter Siemens PLM Software, Dassault/Simulia und PTC inhaltlich und beratend tätig sein.

Federführend für die Softwareentwicklung im Forschungsprojekt sind der Optimierungsspezialist FE-DESIGN und der Konstruktionsspezialist B&W Software. Die Unternehmen vertreten die Sichtweise der beiden innerbetrieblichen Bereiche von Berechnungsingenieuren und Konstrukteuren, die in den Optimierungsprozess eingebunden sind. Traditionsgemäß legt der Konstrukteur das Produktdesign fest, konstruktive Schwachstellen werden aber zunehmend nachgelagert in der Berechnung identifiziert. Zur Lösung werden heute vermehrt parametrisierte CAD Modelle aufgebaut, welche in einem automatisierten Simulations- und Veränderungsprozess verbessert werden. Dies setzt jedoch voraus, dass das CAD Modell höchst flexibel aufgebaut sein muss. Konkret bedeutet dies, dass die einzelnen geometrisch entscheidenden Kenngrößen individuell veränderbar sein müssen, um eine belastungsgerechte Konstruktion erzielen zu können. Da dies in den meisten industriellen Anwendungen mit hoher geometrischer Komplexität nicht möglich ist, bietet sich die alternative Vorgehensweise der „Parameterfreien Gestaltoptimierung“[2]. Die aufwendige Parametrisierung in CAD-Geometriedaten kann so komplett entfallen.

Ziel des Vorhabens ist es, Methoden und Softwarewerkzeuge zu entwickeln bzw. weiterzuentwickeln, die basierend auf einer CAD-Konstruktion eine parameterfreie und automatisierte, belastungsgerechte Gestaltoptimierung auch für hochkomplexe Geometrien erlauben. Neu entwickelt werden soll ein parameterfreier Gestaltoptimierer, der alle wesentlichen mechanischen Anforderungen berücksichtigen kann, sowie zugehörige Werkzeuge zur Integration in die CAD-Welt. Die im Forschungsprojekt entwickelte Software soll sich in die bewährte und bei den Anwendern bereits vorhandene Softwareumgebung – mit ihren verschiedenen CAD-Systemen und den FEM-Solvern ABAQUS, NASTRAN und ANSYS – eingliedern lassen.

Im Rahmen des Projektes soll die Konstruktionsmethodik zum „Performance Driven Product Design“ von KTmfk weiterentwickelt werden. Das LTM bringt hierzu seine Mechanikkompetenz in die Optimierung ein.

Die Praxistauglichkeit der Software wird zunächst an einem Aluminium-Kolben für moderne Ottomotoren der Firma Federal-Mogul Nürnberg getestet. Dieser ist aufgrund der aktuellen Downsizing-Anforderungen sehr hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt und wegen seiner komplexen Geometrie ideal geeignet, um die Erfolge des Forschungsprojektes zusammenfassend darzustellen.

B&W Software:

Die B&W Software GmbH entwickelt branchenspezifische Zusatzmodule sowie kundenspezifische Zusatzapplikationen für das CAD-System Creo (ehemals Pro/ENGINEER) von PTC. Mit über 5.000 Installationen bei über 2.000 Kunden weltweit ist B&W heute Weltmarktführer in diesem Bereich. Drei der B&W Anwendungen für den Bereich Werkzeugkonstruktion (EMX, PDX) und Profilkonstruktion/Stahlbau (EFX) werden von PTC direkt vertrieben.

B&W Software GmbH

Weisse-Herz-Strasse 2A

D-91054 Erlangen

Telefon +49 (0)9131- 53387-00

Fax +49 (0)9131- 53387-20

E-Mail info@buw-soft.de

Weitere Informationen finden Sie unter: www.buw-soft.de

Federal-Mogul:

Die Federal-Mogul Corporation ist mit einem Jahresumsatz von 6,9 Milliarden US-Dollar in 2011 ein führender globaler Zulieferer von Antriebs- und Sicherheitstechnologien für die Kfz/Nfz-Industrie, Aerospace, Marine, Schiene und Offroad, in Industrie, Landwirtschaft und Energieerzeugung sowie für das weltweite Ersatzteilgeschäft. Zu den mehr als 20 weltweit bekannten Marken für den Aftermarket gehören unter anderem ANCO® Scheibenwischer, Champion® Zündkerzen, Scheibenwischer und Filter, Motorenkomponenten von AE®, Fel-Pro®, Goetze®, Glyco®, Nüral® und Payen®, Fahrwerkteile von MOOG® oder auch Bremsen von Ferodo® und Wagner®. Federal-Mogul wurde 1899 in Detroit gegründet. Mit Hauptsitz in Southfield/Michigan beschäftigt das Unternehmen in 34 Ländern rund 45.000 Mitarbeiter – davon etwa 7000 Mitarbeiter an elf deutschen Standorten.

Federal-Mogul Nürnberg GmbH

Nopitschstraße 67

D-90441 Nürnberg

Telefon +49 (0)911- 4233-0

Fax +49 (0)911- 42336 18

Weitere Informationen finden Sie unter: www.federalmogul.com

Der Lehrstuhl für Konstruktionstechnik KTmfk (Prof. Wartzack) gehört dem Department Maschinenbau der Technischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg an. Am Lehrstuhl arbeiten derzeit 28 Mitarbeiter, darunter 19 Wissenschaftler, in den zwei Fachabteilungen „Methodische und rechnerunterstützte Produktentwicklung“ sowie „Maschinenelemente“.

Im Bereich der methodischen und rechnerunterstützten Produktentwicklung stellen das „Wissensbasierte Konstruieren“ und die „Integration von Berechnungen in den Konstruktionsprozess“ seit vielen Jahren erfolgreiche Forschungsschwerpunkte dar. Weiterhin besteht eine Kernkompetenz des Lehrstuhls im Bereich des Toleranzmanagements, wobei insbesondere die Repräsentation nicht-idealer Geometrievarianten hervorzuheben ist.

Universität Erlangen-Nürnberg

Lehrstuhl für Konstruktionstechnik

Prof. Dr.-Ing. Sandro Wartzack

Martensstraße 9

D-91058 Erlangen

Telefon +49 (0)9131-85-27987

Fax +49 (0)9131-85-27988

E-Mail wartzack@mfk.uni-erlangen.de

Weitere Informationen finden Sie unter: www.mfk.uni-erlangen.de

 

Der Lehrstuhl für Technische Mechanik LTM (Prof. Steinmann) gehört zum Department Maschinenbau der Technischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg. Der LTM besteht derzeit aus drei Professuren für Technische Mechanik, Strukturmechanik und Computational Mechanics, sowie aus 22 wissenschaftlichen Mitarbeitern und zwei nichtwissenschaftlichen Mitarbeitern.

Thematisch fokussiert sich der LTM auf die kontinuumsmechanische Modellierung verschiedener nichtlinearer Materialverhalten in enger Verzahnung mit der Entwicklung geeigneter numerischer Methoden. Schwerpunkt ist dabei die Finite Element Methode. In diesem Zusammenhang wurde in der letzten Zeit auch intensiv auf dem Gebiet der sensitivitätsbasierten Formoptimierung gearbeitet. Besonderes Kennzeichen ist dabei die direkte (parameterfreie) Verwendung der Diskretisierung als Designvariable in Kombination mit einer energetischen Regularisierung. Damit gelingt eine direkte Integration von Strukturanalyse und Formoptimierung.

Universität Erlangen-Nürnberg

Lehrstuhl für Technische Mechanik

Prof. Dr.-Ing. Paul Steinmann

Egerlandstr. 5

D-91058 Erlangen

Telefon +49 (0)9131-85 28501

Fax +49 (0)9131-85 28503

E-Mail paul.steinmann@ltm.uni-erlangen.de

Weitere Informationen finden Sie unter: www.ltm.uni-erlangen.de

[1] Lehrstuhl für Technische Mechanik LTM und Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk)

[2] „Parameterfrei“ in dem Sinne, dass lediglich im Berechnungsmodell der Oberflächenbereich zu markieren ist, der geändert werden darf.



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Haid-und-Neu-Straße 7
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Telefon: +49 (721) 96467-0
Telefax: +49 (721) 96467-290
http://www.fe-design.de

Ansprechpartner:
Jeanette Allendorf (E-Mail)
+49 (721) 96467-181

FE-DESIGN ist Lösungsanbieter und Partner für numerische Optimierung basierend auf FEM und CFD Simulation. FE-DESIGN entwickelt mit TOSCA Structure und TOSCA Fluid führende Technologien für die Strukturoptimierung (Topologie-, Gestalt- und Sickenoptimierung) bzw. Strömungsoptimierung (Topologieoptimierung). Das Unternehmen bietet seine langjährige Erfahrung und Software auch in Form von flexibler und kundenindividueller CAE Dienstleistung an. FE-DESIGN hat Standorte in Europa und den USA und wird weltweit durch autorisierte Vertriebspartner unterstützt.


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