Auslegung eines Nockenwellentilgers mit ABAQUS und TOSCA

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1 Auslegung eines Nockenwellentilgers mit ABAQUS und TOSCA Dipl.-Ing. Matthias Friedrich FE-DESIGN GmbH, Karlsruhe Dipl.-Ing. Mark Boggasch Freudenberg Forschungsdienste KG, Weinheim Um bei der Entwicklung von Gummi-Metall-Bauteilen alle Potentiale zur Kostenreduktion und Verkürzung der Entwicklungszeiten auszuschöpfen und gleichzeitig eine hohe Produktqualität zu gewährleisten, ist es sinnvoll, neben den bereits als Standard geltenden nichtlinearen FEM-Berechnungsmethoden Optimierungsverfahren zu benutzen. Für die im Entwicklungsprozess gängigen Methoden der Topologie- und Shapeoptimierung, die für lineare Problemstellungen bereits erfolgreich eingesetzt werden, stellte bisher das Einbeziehen der Nichtlinearitäten in die Optimierung eine sehr große, wenn nicht unüberwindliche Hürde dar. Diese Problematik wird unter anderem im Rahmen des BMBF-Projektes ELAnO 1 [1] behandelt, dem auch das vorgestellte Beispiel des Nockenwellentilgers entstammt. Die Kopplung des Optimierungsprogrammes TOSCA mit ABAQUS eröffnet die Möglichkeit, Nichtlinearitäten in der Topologie- und parameterfreien Formoptimierung zu berücksichtigen. Bei dem Anwendungsbeispiel war das Entwicklungsziel, auf Wunsch des Kunden in die Elastomerspur eines auf Torsion belasteten Nockenwellentilgers Montageöffnungen einzubringen. Ausgangspunkt war ein Nockenwellentilger ohne Montageöffnungen, der die Steifigkeits- und Lebensdaueranforderungen erfüllte und somit als Referenz diente. Bei dem neuen Bauteil sollte sowohl die Steifigkeit als auch die Lebensdauer dem Referenzbauteil entsprechen. In einem sehr kurzen Produktentwicklungsprozess konnte aus dem vorgegebenen Bauraum heraus unter Benutzung von Topologie- und Shapeoptimierung ein Design gefunden werden, das die gleiche Steifigkeit und eine verbesserte Lebensdauer gegenüber dem Referenzbauteil aufweist. Dazu wurde eine Form entwickelt, das die im Referenzbauteil auftretenden Spannungen und Dehnungen nicht überschreitet. Sowohl bei der Topologieals auch bei der Shapeoptimierung konnten die auftretenden Nichtlinearitäten (Materialund geometrische Nichtlinearitäten) berücksichtigt werden. Das neue Bauteil mit Montageöffnungen wurde mittlerweile gefertigt und hat den Lebensdauertest bestanden. Nach der erfolgreichen Pilotanwendung bei der Nockenwellentilgerauslegung soll die Methode zukünftig häufiger, möglichst als Standard-Werkzeug, im Entwicklungsprozess benutzt werden. 1 ELAnO: Entwicklung und Konstruktion von innovativen Leichtbauprodukten unter konsequenter Verwendung adaptierter Analyse- und Optimierungsmethoden, Förderkennzeichen 02PP2242

2 Inhalt Auslegung eines Nockenwellentilgers mit ABAQUS und TOSCA...1 Inhalt Ausgangssituation Bauteilbeschreibung Optimierungsmethode FE-Analyse und Optimierung von Elastomerbauteilen bei Freudenberg Topologieoptimierung mit Auszugsrichtung Auslegung eines Nockenwellentilgers Designraum, Lasten und Randbedingungen Vorgehensweise bei der Optimierung Ermitteln der Zielsteifigkeit für die Topologieoptimierung Topologieoptimierung des Querschnittes Shapeoptimierung des Querschnittes Shapeoptimierung der Lochform (2D) Shapeoptimierung der Lochform am 3D-Modell Beurteilung der Ergebnisse Lebensdauerprüfung Fazit und Ausblick Literatur Abbildungsverzeichnis...14 ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 2

3 1. Ausgangssituation 1.1 Bauteilbeschreibung Ein Nockenwellentilger (NWT) ist ein Gummi-Metallbauteil, das schwingend auf Torsion beansprucht wird. Von der Funktionsweise ist er mit dem Torsionsschwingungsdämpfer (TSD) vergleichbar, der an der Kurbelwelle eingesetzt wird und dessen Prinzip in Abb. 1 dargestellt ist. Über eine Gummispur und eine Schwungmasse wird die 1. Torsionsresonanzfrequenz der Nockenwelle (NWT) bzw. der Kurbelwelle (TSD) abgesenkt. Abb. 1: Funktionsweise Torsionsschwingungsdämpfer (TSD) Im vorliegenden Fall sollte ein bereits bestehender Nockenwellentilger mit durchgehender Elastomerspur, der den Lebensdauertest bestanden hatte, modifiziert werden. Die Einbausituation machte Montageöffnungen an bestimmten Positionen und einem Mindestdurchmesser erforderlich. Die Bauteileigenschaften hinsichtlich Lebensdauer und Steifigkeit sollten bei der Modifikation jedoch nicht verändert werden. Da das einfache Einbringen von runden Montageöffnungen von einer Beanspruchungsüberhöhung begleitet worden wäre und damit eine deutliche Absenkung der Lebensdauer mit sich gebracht hätte, sollte die Gestaltung des neuen Designs mit Hilfe von FE-Analysen und Optimierungsmethoden durchgeführt werden. Damit sollte sehr schnell und unter Vermeidung unnötiger Prototypen ein neues Design gefunden werden. Zu Beginn des Entwicklungsprojektes war nicht absehbar, ob die Anforderungen erfüllbar waren, d.h. ob es möglich wäre, ein Design zu finden, das die erforderliche Lebensdauer und die notwendige Steifigkeit aufweisen würde. 1.2 Optimierungsmethode In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt ELAnO [1] wurde erstmals die Möglichkeit geschaffen, nichtlineare Problemstellungen in ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 3

4 ABAQUS mit einer Topologie- und parameterfreien Shapeoptimierung zu koppeln. Im Vorjahr waren die Methoden der Topologieoptimierung auf hyperelastische Materialmodelle erweitert worden und erste Testrechnungen durchgeführt worden [2]. Auf Basis dieser Arbeiten sollte nun die Topologie- und Formoptimierung in Verbindung mit hyperelastischen Materialien für die Produktauslegung eingesetzt werden. TOSCA ist ein modular aufgebautes System zur parameterfreien Strukturoptimierung von mechanisch beanspruchten Bauteilen. Mit TOSCA lassen sich sowohl Topologie- als auch Gestaltoptimierungen von FE-Modellen mit beliebig vielen Lastfällen und Randbedingungen durchführen. Eine Modellparametrisierung ist hierzu nicht erforderlich. Die Optimierungsalgorithmen von TOSCA basieren auf mechanischen Optimalitätskriterien, wodurch eine schnelle und robuste Optimierung gewährleistet wird. Die Strukturoptimierung mit TOSCA ist ein iterativer Prozess. Die Beanspruchung des Bauteiles wird in jedem Optimierungsschritt mit einem externen FE-Solver berechnet. Durch die Verwendung bewährter und industriell anerkannter FE-Solver wie ABAQUS, MSC.Nastran, ANSYS und I-DEAS wird die hohe Qualität der berechneten Ergebnisse gewährleistet. Der Anwender kann weiterhin mit seinem gewohnten Solver in der gewohnten Pre- und Postprocessing-Umgebung arbeiten und benötigt keine weitere Einarbeitung. Bereits erstellte FE-Modelle können direkt in der Optimierung verwendet werden, ohne dass ein erneuter Modellierungsaufwand entsteht. Der Optimierungsablauf in Verbindung mit ABAQUS ist in Abb. 2 dargestellt. Abb. 2: Der Optimierungsablauf mit TOSCA und ABAQUS Die Basistechnologie von TOSCA wird bereits seit 1997 mit der Schnittstelle zu MSC.Nastran von der Firma MSC.Software unter dem Namen MSC.Construct vertrieben. Die Schnittstelle zu ABAQUS wurde von FE-DESIGN entwickelt und auf der ABAQUS- Anwenderkonferenz 2000 als Prototyp vorgestellt [4]. Seit 2001 wird TOSCA mit der Schnittstelle zu ABAQUS von FE-Design vertrieben. Durch die Kopplung von TOSCA mit ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 4

5 ABAQUS sind Topologie- und Gestaltoptimierungen auf Basis nichtlinearer Analysen möglich [3]. 1.3 Optimierung von Elastomerbauteilen bei Freudenberg Freudenberg stellt im Bereich der Dichtungs-und Schwingungstechnik hauptsächlich E- lastomerkomponenten bzw. Gummi-Metallbauteile her. Bei der FE-Analyse dieser Bauteile ist eine Berücksichtigung von Nichtlinearitäten unbedingt notwendig. Im Rahmen von internen Forschungsprojekten wurden eigene Materialgesetze entwickelt, um das Verhalten von Elastomeren in der FE-Analyse beschreiben zu können [6]. In der Regel treten bei den bei Freudenberg durchgeführten FE-Analysen nichtlineares (hyperelastisches) Materialverhalten, große Deformationen und ggfs. Kontakt als Nichtlinearitäten auf. Um Bauteiloptimierungen durchführen zu können, war seit 1997 MSC.Construct mit MSC.Nastran als Optimierungspaket eingesetzt worden, da es zu diesem Zeitpunkt noch keine Schnittstelle von TOSCA zu einem nichtlinearen Solver wie ABAQUS gab. Es wurden umfangreiche Untersuchungen zur linearisierten Optimierung der nichtlinearen Problemstellungen mit MSC.Construct und MSC.Nastran durchgeführt [5]. Diese linearisierte Optimierung war jedoch sehr aufwendig und lieferte nicht immer zufriedenstellende Resultate. Es stellte sich heraus, dass die Nichtlinearitäten auch in die Optimierungsschleife aufgenommen werden mussten. Seit 2001 wird bei Freudenberg zur Optimierung TOSCA in Verbindung mit ABAQUS eingesetzt, wodurch bereits signifikante Verbesserungen im Entwicklungsprozess erzielt wurden. 2. Topologieoptimierung mit Auszugsrichtung Eine große Schwierigkeit bei der Interpretation und Umsetzung von Ergebnissen der Topologieoptimierung war bisher die Umsetzbarkeit in eine fertigbare Konstruktion im CAD- System, beispielsweise bei Gusskonstruktionen. Im bisherigen Remodellingprozess musste im Falle eines nicht entformbaren Designs vom Konstrukteur versucht werden, ein gussgerechtes CAD-Modell zu generieren. Meist wurden verschiedene Konstruktionen gemacht, die dann nochmals per FEM nachgerechnet wurden. Dies brachte neben dem hohen Aufwand ein Akzeptanzproblem der Methode bei Produktentwicklern und Konstrukteuren mit sich (... am Ende muss man doch alles nochmal neu machen... ). Gleichzeitig konnte man aber auch einen Qualitätsverlust feststellen, da das neue CAD-Design oftmals nicht mehr viel mit dem topologieoptimierten Vorschlag gemein hatte und sich in seinen grundlegenden Eigenschaften (Steifigkeit und Kraftfluss) unterschied. Eines der wichtigsten Merkmale für die Umsetzung von Topologieergebnissen in Gusskonstruktionen ist die Entformbarkeit (Abb. 3). Diese wichtige Funktionalität wurde im Rahmen des BMBF-Projektes ELAnO entwickelt und ist seit der Version V4.5 verfügbar. Hinterschnitte oder Hohlräume können auf diese Weise vermieden werden. ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 5

6 Bisher Neu Bauteil mit Hinterschnitt: nicht entformbar Mit Auszugsrichtung: kein Hinterschnitt Abb. 3: Funktionalität Entformbarkeit Die Funktionalität Entformbarkeit weist folgende Merkmale auf: beliebige 2D- und 3D-Netze (auch Tetra-/Hexaeder gemischt) verwendbar Vorgabe von Auszugsrichtung und Auszugswinkel (Entformschräge) Entformung nur in eine Richtung oder in zwei gegenüberliegende Richtungen mit Teilungsebene Teilungsebene kann als feste Ebene vorgegeben oder vom System automatisch ermittelt werden (d.h. Teil ist entformbar, aber Teilungsebene ist z.b. auf mehrere Stufen verteilt) mehrere Gebiete mit jeweils unterschiedlicher Auszugsrichtung möglich 3. Auslegung eines Nockenwellentilgers 3.1 Designraum, Lasten und Randbedingungen Als Vorgabe für die Auslegung des Nockenwellentilgers war das Referenzbauteil und der Designraum für das neue Bauteil vorgegeben. Außerdem war die Position und die Mindestgröße der Montageöffnungen festgelegt. Als Elastomermaterial wurde ein 65-shoriges Material eingesetzt. Für die FE-Analyse des Nockenwellentilgers werden folgende Analyseschritte durchgeführt: Schwundberechnung von Werkzeug- auf Umgebungsbedingungen Innenkalibrierung Torsionsbelastung um eine vorgegebene Verdrehung (6.5 ) 3.2 Vorgehensweise bei der Optimierung Die erste Vorstellung bei einer Optimierung ist oft, alles in einem einzigen Schritt lösen zu können. Aber wie auch bei vielen anderen Problemstellungen erweist es sich als sinnvoll, das Gesamtproblem in kleinere Teilprobleme zu zerlegen. So werden unlösbare Probleme lösbar und es ist aufgrund der geringeren Modellierungs- und CPU-Zeit sehr viel schneller möglich, verschiedene Dinge auszuprobieren und sich so an die Lösung des Problems Schritt für Schritt heranzutasten. ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 6

7 Zunächst wurde daher nach einer geeigneten Strategie für die Lösung der Problemstellung gesucht. Dabei war der Gedanke hilfreich, Querschnitts- und Lochform als getrennte Optimierungsaufgaben zu betrachten. Auf diese Weise konnte die komplizierte 3D- Problemstellung auf zwei sehr viel einfachere ebene (2D und axialsymmetrische) Problemstellungen zurückgeführt werden. Die Strategie war daher, zunächst die Querschnittsform und die Lochform getrennt zu optimieren, die Ergebnisse als neues Modell zusammenzuführen und erst am Ende eine Feinoptimierung der Lochform am 3D-Modell vorzunehmen. Bei der Optimierung des axialsymmetrischen (Voll-)Querschnitts musste der zu erwartende Steifigkeitsverlust durch das Einbringen der Montageöffnungen einkalkuliert werden. Insgesamt waren daher folgende Modellierungs-, Analyse- und Optimierungsschritte notwendig: 1. Einfluss der Montageöffnungen auf Steifigkeit beurteilen o Aufbau eines 3D-Modells des Referenzbauteiles: Querschnitt vernetzen und rotieren o Elemente im Lochbereich entfernen o Steifigkeiten vergleichen und Zielsteifigkeit für Vollquerschnitt ermitteln 2. Topologieoptimierung des Vollquerschnittes (axialsymmetr. Modell) o Axialsymmetrisches FE-Modell des Designraumes aufbauen o Topologieoptimierung mit hyperelastischem Material durchführen 3. Shapeoptimierung des Vollquerschnittes (axialsymmetr. Modell) o Neues axialsymmetrisches Modell aus Topologieergebnis aufbauen o Shapeoptimierung der Querschnittsform mit hyperelastischem Material 4. Shapeoptimierung der Lochform (2D-Modell) o Aufbau eines ebenen Modells mit runden Löchern o Shapeoptimierung der Lochform mit hyperelastischem Material 5. 3D-Formoptimierung Lochform o 3D-Modellaufbau aus optimiertem Querschnitt und optimierter Lochform (Hexaedermodell) o 3D-Shapeoptimierung mit hyperelastischem Material, Kopplungsbedingungen des Lochrandes 3.3 Ermitteln der Zielsteifigkeit für die Topologieoptimierung Um den Einfluss der Montageöffnungen auf die Steifigkeit schnell abschätzen zu können, wurden aus dem ursprünglichen Vollquerschnitt Elemente entfernt, die im Bereich der einzubringenden Löcher lagen (Abb. 4). Die Auswirkung der Voxel-Löcher auf die Steifigkeit ist mit der runder Löcher vergleichbar. Als Ergebnis dieser Vorbetrachtung ergab sich, dass durch die Löcher ein Steifigkeitsabfall von ca. 7 % zu erwarten war. Dieser durch die Montageöffnungen zu erwartende Steifigkeitsverlust wurde bei der Definiton der Zielsteifigkeit des Vollquerschnitts bei der Topo- ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 7

8 logieoptimierung einkalkuliert. Auf diese Weise kann die Topologieoptimierung mit einem axialsymmetrischen Modell durchgeführt werden. Abb. 4: Steifigkeitseinfluss der Montagebohrungen 3.4 Topologieoptimierung des Querschnittes In einem ersten Schritt wurde zunächst eine Topologieoptimierung ohne Auszugsrichtungen durchgeführt. Wie in Abb. 5 zu sehen ist, ist das Ergebnis leider nicht herstellbar. Daher wurde in einem zweiten Optimierungslauf eine Auszugsrichtung vorgegeben. Da die Erfahrung zeigt, dass ein Auslauf des Gummis notwendig ist, wurde der Designraum entsprechend angepasst. Das auf diese Weise ermittelte Design, das den Steifigkeitsanforderungen entsprach, wurde für das Remodelling des Ausgangsdesigns für die Shapeoptimierung benutzt. Abb. 5: Topologieoptimierung des Vollquerschnittes ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 8

9 3.5 Shapeoptimierung des Querschnittes Startdesign für die Shapeoptimierung war das auf Basis der Topologieoptimierungsergebnisse erstellte axialsymmetrische Modell der Elastomerspur. Die Ergebnisse der Shapeoptimierung sind in Abb. 6 dargestellt. Das auf diese Weise ermittelte Design wurde später zum Aufbau des 3D-Modells benutzt. Abb. 6: Remodelling und Shapeoptimierung der Elastomerspur 3.6 Shapeoptimierung der Lochform (2D) Als zweite Voroptimierung wurde eine Lochscheibe modelliert, die auf Torsion belastet wird. Dieses einfache Modell konnte sehr schnell optimiert werden. Der Unterschied zwischen der runden Ausgangsform und der optimierten Lochform ist in Abb. 7 zu sehen. Startmodell Lochoptimierung (2D) Abb. 7: Shapeoptimierung der Lochform (2D) Geometrievergleich ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 9

10 3.7 Shapeoptimierung der Lochform am 3D-Modell Die beiden voroptimierten Querschnitte (Elastomerspur und Lochform) wurden jetzt zu einem gemeinsamen 3D-Modell kombiniert. Dieses wurde benutzt, um ein Feinoptimierung der Lochform am 3D-Modell vorzunehmen. Dabei wurden die Knoten in Tiefenrichtung der Löcher gekoppelt, um die Entformbarkeit sicherzustellen. Wie zu erwarten war, sind die Unterschiede zwischen voroptimierter und 3D-optimierter Form relativ gering, aber doch sichtbar (Abb. 8). 3D-Startmodell Optimierungsergebnis Geometrievergleich Abb. 8: Shapeoptimierung am 3D-Modell 3.8 Beurteilung der Ergebnisse Für die Beurteilung der Ergebnisse wurde ein Vergleich mit dem Referenzbauteil durchgeführt. Abb. 9 zeigt das Referenzbauteil und das neu entwickelte Design in der Gegenüberstellung als Elementplot. Das Gesamt-Elastomervolumen des neuen Bauteils ist geringfügig höher als das des Referenzbauteiles (ca. 4%). Abb. 9: Vergleich Referenzbauteil - neues Design: Elementplot In Abb. 10 ist zu sehen, dass die Steifigkeiten der beiden Bauteile nahezu identisch ist. Dies stellt die prinzipielle Funktionalität des Bauteils sicher. ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 10

11 Abb. 10: Vergleich Referenzbauteil - neues Design: Torsionssteifigkeit Um eine Beurteilung hinsichtlich der Lebensdauer durchzuführen, wurden die Spannungen und Dehnungen verglichen. Für die Auswertung sind nachfolgend die v. Mises- Vergleichsspannung und die größte Hauptnormaldehnung dargestellt. Beide Größen sollten möglichst die Maximalwerte der Referenzlösung nicht übersteigen, um die Lebensdauer des Bauteiles sicherzustellen. Beim neuen Design hat man einen guten Vergleich zwischen ungelochtem und gelochtem Querschnitt im gleichen Bauteil. Daher sind die Auswertepfade sowohl über den ungelochten als auch den gelochten Bereich gewählt. Bei der Auswertung der v. Mises-Vergleichsspannungen in Abb. 11 ist zu sehen, dass beim Referenzbauteil die kritische Stelle an dem Übergang der Elastomerspur zur inneren Anbindung des Elastomers liegt dort treten die höchsten Beanspruchungen auf. Auch beim neuen Design ist der Übergang zur inneren Anbindung relativ hoch belastet, und zwar gleichermassen beim Vollquerschnitt wie beim gelochten Bereich (1. Peak im rechten Diagramm). Die Beanspruchungen liegen in diesem Bereich nur geringfügig niedriger als beim Referenzbauteil. Betrachtet man das Beanspruchungsniveau im Vollquerschnitt, so liegt dieses in dem beim Referenzbauteil niedrig belasteten Bereich beim neuen Design insgesamt etwas höher. Dies war als Ergebnis der Topologieoptimierung zu erwarten. Interessant ist die Frage, welchen Einfluss das Loch auf das Beanspruchungsniveau hat (Abb. 11 rechts). Hier ist auch der Unterschied zwischen Bauteiloberfläche und Mittelebene sehen. Im Bereich des Loches findet man trotz optimierter Lochform eine Spannungsüberhöhung von ca. 25% (oberer Lochrand) bzw. 60% (Mittelebene) im Vergleich zum Vollquerschnitt. Insgesamt liegt das Beanspruchungsniveau des neuen Bauteils aber trotz Montageöffnung niedriger als die Maximalbeanspruchung des Referenzbauteils. ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 11

12 Abb. 11: Vergleich Referenzbauteil neues Design, v. Mises-Vergleichsspannung Abb. 12: Vergleich Referenzbauteil neues Design, max. Hauptnormaldehnung Bei der Auswertung der Dehnungen (Abb. 12) ergibt sich ein sehr ähnliches Bild: die maximalen Dehnungen sind im Bereich des Überganges zur inneren Anbindung zu finden. Die im Bereich des Loches auftretenden Dehnungen sind geringer als die Maximal- ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 12

13 dehnung im Referenzbauteil. Die größten Dehnungen im Lochbereich treten ebenfalls in der Mittelebene des Bauteils auf. 3.9 Lebensdauerprüfung Das Bauteil wurde als Prototyp auf den Lebensdauerprüfstand genommen. Dort zeigte sich, dass (bei gleichem Elastomermaterial) die Lebensdauereigenschaften des neuen Bauteils besser sind als die des Referenzbauteils, d.h. dass entweder bei gleicher Amplitude eine höhere Lebensdauer oder bei höherer Amplitude die gleiche Lebensdauer erzielt werden kann. Abb. 13: Ergebnisse des Lebensdauertests 4. Fazit und Ausblick Mit der vorliegenden Version V4.5 von TOSCA in Kombination mit ABAQUS ist es möglich, moderat nichtlineare Problemstellungen einer parameterfreien Form- oder Topologieoptimierung zu unterziehen. Dies konnte exemplarisch am Beispiel der Auslegung eines Elastomer-Nockenwellentilgers mit Montageöffnungen gezeigt werden, der am Ende der Optimierung die vorgegebene Steifigkeitsanforderung und Lebensdauererwartung erfüllen konnte. Der größte Nutzen beim Einsatz der Methode liegt im Zeitgewinn: In einem Zeitraum von nur ca. 4 Wochen konnte die Komplettentwicklung des Bauteils inklusive Prototypenbau und Lebensdauerprüfung durchgeführt werden. Danach lag ein serienreifes Bauteil vor. Die gesamte Optimierung nimmt etwa 5-8 Arbeitstage in Anspruch. Da die Anforderung Montageöffnung für Nockenwellentilger immer häufiger auftritt, soll zukünftig die Methode zunehmend angewendet und nach und nach im Standard- Entwicklungsprozess implementiert werden. ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 13

14 5. Literatur Die Veröffentlichungen [2] [5] sind unter verfügbar. [1] [2] Friedrich, M., Meske, R., Sauter, J.: Optimierung von Gummi-Metallbauteilen mit TOSCA und ABAQUS, ABAQUS Anwendertreffen, September 2001, Freiburg. [3] Meske, R.; Sauter, J.; Gölzer, P.; Binderszewsky, J.; Topologieoptimierung einer Linearführung mit TOSCA und ABAQUS. Konstruktion (9), [4] Meske, R., Sauter, J., Friedrich, M Topologie- und Gestaltoptimierung mit CAOSS und ABAQUS, ABAQUS Anwendertreffen, September 2000, Winterthur. [5] Friedrich, M., Baltes, J., Schütz, M., Gärtner, H. Automatic Shape Optimisation of Elastomeric Products. MSC Worldwide Automotive Conference 1999, September 1999, München. [6] Hornberger, K., Guth, W. : Numerische Berechnungen zur Lebensdaueranalyse von Elastomer- und Elastomerverbundteilen im Automobilbau. vdi-tagung: Berechnungen im Automobilbau, Würzburg, Sept Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Funktionsweise Torsionsschwingungsdämpfer (TSD)...3 Abb. 2: Der Optimierungsablauf mit TOSCA und ABAQUS...4 Abb. 3: Funktionalität Entformbarkeit...6 Abb. 4: Steifigkeitseinfluss der Montagebohrungen...8 Abb. 5: Topologieoptimierung des Vollquerschnittes...8 Abb. 6: Remodelling und Shapeoptimierung der Elastomerspur...9 Abb. 7: Spapeoptimierung der Lochform (2D)...9 Abb. 8: Shapeoptimierung am 3D-Modell...10 Abb. 9: Vergleich Referenzbauteil - neues Design: Elementplot...10 Abb. 10: Vergleich Referenzbauteil - neues Design: Torsionssteifigkeit...11 Abb. 11: Vergleich Referenzbauteil neues Design, v. Mises-Vergleichsspannung...12 Abb. 12: Vergleich Referenzbauteil neues Design, max. Hauptnormaldehnung...12 Abb. 13: Ergebnisse des Lebensdauertests...13 ABAQUS Anwenderkonferenz, Wiesbaden, September 2002 S. 14