Einsatz von Altair HyperWorks an der DHBW-Stuttgart in der Lehre

Transkript

1 Einsatz von Altair HyperWorks an der DHBW-Stuttgart in der Lehre und im Formula Student Team Prof. Dr.-Ing. H. Mandel, S. Klug, M. Neugebauer 5. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen

2 Agenda Die Duale Hochschule Stuttgart Das Formula Student Team der Dualen Hochschule Stuttgart FEM im Studiengang Maschinenbau / Vertiefung Fahrzeug-System-Engineering Studienarbeiten in Zusammenhang mit Formula Student Zusammenfassung 2

3 DIE BERUFSAKADEMIE WIRD AM ZUR DUALE HOCHSCHULE BADEN-WÜRTTEMBERG Wichtige Neuerungen: Neue Organisationsstruktur nach dem Vorbild des US-amerikanischen State University-Modells 8 Standorte mit insgesamt über Studierende, 8000 Duale Partner Duale Partner werden zu Mitgliedern der Hochschule Die DHBW verleiht akademische Grade Kooperative Forschung 3

4 VERTEILUNG DER STUDIERENDEN NACH STUDIENBEREICHEN 4

5 DUAL STUDIEREN WIE FUNKTIONIERT DAS? THEORETISCHES WISSEN 6 x 12 Wochen intensives Studium an der Hochschule PRAKTISCHE ERFAHRUNG 6 x 12 Wochen praktische Qualifizierung bei einem der über kooperierenden Unternehmen oder sozialen Einrichtungen 5

6 FEM- Studienarbeit in 12 Wochen ohne Vorkenntnisse! Modulbeschreibung: Zeitpunkt: In der Theoriephase 5 und 6 Umfang: jeweils mindestens 150 h Ausarbeitung: Seiten Charakter: Analytische Betrachtung und Lösung anwendungsbezogener Aufgaben Ort: an der DHBW (ggf. Partnerunternehmen) GEHT DAS ÜPERHAUPT? 6

7 Ja, es kann gehen, da. Extrem hohe Motivation der Studenten durch Themen, mit denen sich die Studierenden identifizieren (Formula Student) Sehr gute Konstruktionsausbildung in den ersten 4 Semester + gute Catia V5 Ausbildung Anleitung zum Selbstlernen - Altair Client Center - Training Videos - Tutorials - Temporär leihbare Lizenzen Bearbeitung der Themen von Studienarbeiten in Teams 7

8 DHBW ENGINEERING STUTTGAERT MEILENSTEINE Gründung des Teams April 08 SAISON 2009 Präsentation SLEEK FSG Hockenheim SAISON 2010 Präsentation SLEEK FSG Hockenheim FS Spanien Barcelona

9 DHBW ENGINEERING STUTTGAERT Motto 2010 Mit Leichtigkeit unter die TOP 20 bei der FSG in Hockenheim 2010 Gewichtsreduzierung um mindestens 20% Optimierung von Bauteilen mit FEM unnötige Verstellmöglichkeiten entfernen Leistungssteigerung des Motors Ansaugoptimierung Applikation des Motors fahrbereites Fahrzeug früher als in der Vorsaison mehr Testzeit für die Fahrer Applikation verschiedener Systeme besseres Verständnis des Gesamtfahrzeugs 9

10 Studienarbeiten Teil 1 (abgeschlossene Arbeiten) L. Jörg / A. Kieschke (Porsche): Entwicklung eines Crash-Energie-Absorbers für einen Formula Student Rennwagen Studienarbeit, Jan S. Klug (EDAG): Softwaregestützte Topologieoptimierung einer Kettenradaufnahme Studienarbeit, Jan S. Bott (EDAG): Softwaregestützte Topologieoptimierung eines Radträgers Studienarbeit, Jan C. Dehn (EDAG): Softwaregestützte Topographieoptimierung einer Ölwanne Studienarbeit, Jan

11 Studienarbeiten Teil 2 (abgeschlossene Arbeiten) I. Fleps / K. Kirschkowski, (EDAG): Ermitteln mechanischer Eigenschaften von Aluminium-Schaum Studienarbeit, Mai 2010 Weiß(Daimler): in Zusammenarbeit mit ITB-Ingenieure GmbH Modellierung und Simulation von Klebeverbindungen Studienarbeit, Mai 2010 Wolfgramm(Getrag) / Thorwart (Daimler): in Zusammenarbeit mit ITB-Ingenieure GmbH Simulation von glasfaserverstärkten Kunststoffen Studienarbeit, Mai 2010 Raabe / Kistner (GoTech): in Zusammenarbeit mit ITB-Ingenieure GmbH Simulation von Material-Hybridstrukturen Studienarbeit, Mai

12 Studienarbeiten Teil 3 (laufende Arbeiten) Grimm / Nothacker, (Daimler): Optimierung des Gitterrohrahmens des Formula Students Rennwagens des Sleek 10 Studienarbeit, Beginn Okt 2010 Mack (Eberspächer) / Klotzbücher / Schwehr (Daimler) : in Zusammenarbeit mit ITB-Ingenieure GmbH Untersuchung des Spannungen und Dehnungen eines Systems dreier Bauteile mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungsverhalten Studienarbeit, Okt 2010 Herchet / Walther (EDAG): in Zusammenarbeit mit ITB-Ingenieure GmbH Spritzgusssimulation mit Modex3D Studienarbeit, Beginn Okt 2010 Münstermann / Zaiser (Decoma) Konstruktion von Karbon-Querlenker u. Spurstangen Studienarbeit, Beginn Okt

13 OPTIMIERUNG DES KETTENRADAUFNAHME S. KLUG (EDAG), JAN 2010 Ausgangssituation Kettenrad 2009 Lastanalyse Ermittlung Vorspannkraft Ermittlung Umfangskraft FEM-Analyse Zerlegung der Kräfte Modell Validierung Nachweis der Bruchstellen 13

14 WEITERENTWICKLUNG ZUM RIEMENTRIEB S. KLUG (EDAG) 2009 OPTIMIERTES KETTENRAD Konzeptentscheid 2010 Riementrieb Vorteil: Gewicht, Wirkungsgrad, +Weitere FEM - OPTIMIERUNG Bestimmung Bauraum Festlegung Design- und Non Design Raum Zielfunktion (objective): Minimales Volumen Zwangsbedingung (Restraints): Maximale Spannung 180 MPa (Werkstoff: EN-AW7075) 14

15 OPTIMIERUNGSERGEBNIS RIEMENTRIEB Gewichtsersparnis gegenüber 2009 : 45 % Sicherheit gegen Bruch: 1,38 15

16 TOPOLOGIE-OPTIMIERUNG MIT OPTISTRUCT SIMP Method Solid Isotropic Microstructure with Penalty for Intermediate Density, Bendsøe 1989; Zhou and Rozvany 1990) E/E 0 1 (material) (ρ/ρ 0 ) β intermediate solutions are avoided 1 ρ/ρ 0 Wichtung der Zwischenwerte der Dichte durch Potenzgesetz β > 1.0 Κ(r) = ρ β Κ β = 2 ~ 4 Material interpolation schemes in topology optimization M. P. Bendsoe, O. Sigmund, Applied Mechanics 69 (1999) 635±654, Springer-Verlag

17 TOPOLOGIE-OPTIMIERUNG MIT OPTISTRUCT Zielfunktion (objective): Was will ich wie optimieren? (Masse. bzw. Volumen oder Verschiebungen?) min f(x) also min [max f(x)] Design Variable Was darf ich ändern? (Masse,Dichte,) X L i X i X U i i =1,2,3, N Zwangsbedingungen / Design Constraints Was muss ich einhalten? (Fließspannung, max. Verschiebung) g j (x) 0 j = 1, 2, 3,, M 17

18 TOPOLOGIEROPTIMIERUNG DES RADTRÄGER D. Bott (EDAG), JAN 2010 OPTIMIERUNG RADTRÄGER Ausgangssituation Radträger 2009 Lastannahmen errechnet aus Literaturangaben Weitere Optimierungen für 2011 geplant Guss-, Blech-, Frästeil? DMS Messungen an den Querlenkern 18

19 DOPPELQUERLENKERAUFHÄNGUNG Verbindungsstrebe Federbein Umlenkhebel Oberer Querlenker Druckstab Stabilisator Unterer Querlenker Spurstange Radträger Quelle: Trzesniowski, M. (2008): Rennwagentechnik 19

20 DOPPELQUERLENKERAUFHÄNGUNG Verbindungsstrebe Federbein Umlenkhebel Oberer Querlenker Druckstab Stabilisator Unterer Querlenker Spurstange Radträger Quelle: Trzesniowski, M. (2008): Rennwagentechnik 20

21 FUNKTIONEN DES RADTRÄGERS Befestigung Spurstange Anlenkpunkt oberer Querlenker Aufnahme Radlager Befestigung Bremszange Material: AlCu4Mg1-T3 Anlenkpunkt unterer Querlenker Quelle: Bott,. (2009): Studienarbeit DHBW Quelle: Trzesniowski, M. (2008): Rennwagentechnik 21

22 BERECHNUNGSMODELL RADTRÄGER Aufnahme Radlager Befestigung und Anlagefläche oberer Querlenker Anlagefläche Lager Aussparung für Montage Befestigung und Anlagefläche Bremszange Design-Raum Non-Design Raum Befestigung unterer Querlenker Aschraublöcher Quelle: Bott,. (2009): Studienarbeit DHBW 22

23 ERGEBNISSE RADTRÄGER Darstellung Dichte: 10 % Gewichtsersparnis : 11 % Sicherheit gegen Bruch: 1,6 23

24 OPTIMIERUNG DES GITTERROHRRAHMES Nothacker, Grimm (DAIMLER), JAN 2011 ZIEL: Gewichtsreduzierung Verbesserung der Torsionssteifigkeit Definierung der notwendigen Versteifungsrohr Dimensionierung der Rohre 24

25 OPTIMIERUNG DES GITTERROHRRAHMES ZWISCHENERGEBNISSE: FE-Modell des Rahmen ist aufgebaut Torsionslastfall ist aufgesetzt Topographieoptimierung ist aufgesetzt Auswertung folgt 25

26 OPTIMIERUNG DES GITTERROHRRAHMES ZWISCHENERGEBNISSE: FE-Modell des Rahmen ist aufgebaut Torsionslastfall ist aufgesetzt Topographieoptimierung ist aufgesetzt Auswertung folgt 26

27 FAZIT / AUSBLICK FE-Studienarbeiten mit Altair Hyperworks in 12 Wochen sind möglich Allerdings,. dürfen die Themen nicht zu komplex gewählt werden (Studierende wollen oft zu viel) Ist die Gefahr der Erzeugung von Bunten Bildern groß Es lohnt,sich da LERNEFFEKT IST SEHR GROSS 27

28 28 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT UND VIELEN DANK DEN GANZEN STUDIENARBEITERN DEM FORMULA STUDENT TEAM DER DHBW-STUTTGART UND ALTAIR 28

29 29 backup 29

30 Kettenradaufnahme 30

31 AUSBLICK Berufsintegrierende Masterstudiengänge Kooperative Forschung Neuer Studiengang Arzt-Assistent in Planung 31