Volkswagen Osnabrück Multi-Model optimization for a nonstatic loadcase. Volkswagen Osnabrück - Das Beste für alle Marken

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1 Volkswagen Osnabrück Multi-Model optimization for a nonstatic loadcase

2 Loadcas Roof Crush Dominated by A-Pillar for convertibles Design of reinforcement part A-Pillar of secondary importance for other load cases Freedom! Displacement velocity: v 13 mm/s Source: carhs safety companion Ex: VW Golf VI Convertible , Seite 2

3 Conventional designs Audi A3 Convertible Volkswagen Golf VI Convertible Can we do better? , Seite 3

4 Single-Model optimization setup Design space For now, use TIED to connect Load from roof crush Loads for door stability Because not all parts were specific to roof crush Constraints on displacement of some nodes Optimization objective: Minimal weight -Y -Z -X Audi A3 Convertible , Seite 4

5 Single-Model optimization results 1kg (from 3.2kg) , Seite 5

6 Multiple single-model optimizations How can we design a part that also works after deformation kicks in? 3 states Use each as input for optimizer 3 different parts How can we tell the optimizer to design one part from those load cases? , Seite 6

7 Multi-Model optimization: Altair documentation , Seite 7

8 MMO: Construction of design spaces 3 states 1 undeformed space where we constructed the design space 2 deformed space from the original simulation What should the other 2 design spaces be? Intuitively, this seems clear, we could just construct new design spaces in the deformed states How to tell the optimizer about the connection of the design spaces? , Seite 8

9 MMO: Construction of design spaces Idea: We have an inverse chain, State 3 is derived from State 2, which in turn is derived from State 1 (via pushing ) This is true for the part we want to design, too It would make sense if the design spaces had this property as well Put the design space in the undeformed model, run it through a roof crush simulation , Seite 9

10 MMO: Identification of design spaces Optistruct has a geometric algorithm to decide where design spaces intersect Will output the same result here Free to do whatever here That s not what we want! This is what we want: , Seite 10

11 MMO: Identification and material of design spaces Need to identify design spaces via Element IDs, not geometrically (should be easier codewise anyways) Initally not available in Optistruct Altair made it possible for us, thanks! Last step! Choose material of design space so the simulation shows a deformation behavior that s as close to the expected behavior as possible How? 1. Science 2. Try-and-error Full aluminium too stiff, start with something foam-like Simple elastic material suffices, so just play with the E-module This also makes us independent of any initial design! , Seite 11

12 MMO: Receipt 1. Put design space in undeformed model, apply suitable material 2. Run through roof crush simulation 3. Export meaningful states to an optistruct modell (get location/direction of forces from 2.) 4. Combine models in Optistruct to an MMO, using design space identification via Element IDs 5. Profit??? , Seite 12

13 MMO: Result Source: Sabrina Steffens, Master Thesis Warmer colors more important elements , Seite 13

14 MMO: Manual improvements Source: Sabrina Steffens, Master Thesis Are all those small parts really needed: No! But: One is. All parts are solid material. Can t we reclaim some weight by making them hollow? Yes! Source: Sabrina Steffens, Master Thesis Make it into a CAD model Several automatic solutions available, none satisfying Catia + plugin + tedious labor to the rescue Source: A. Heinrichs, Master Thesis , Seite 14

15 Multi-Model optimization for a nonstatic loadcase Performance: Better than the production part Weight: 0.8 kg; -62 % Includes additional tube Performance from 125mm on could be improved by picking different states for the MMO Tube for front crash Not all removed parts specific to roof crush Bionically designed, simulation-approved , Seite 15

16 Multi-Model optimization for a nonstatic loadcase Open questions (excerpt): Will we see hollow structures when using finer FE-Meshes? Can we transfer stresses/straints/contact forces from the dynamic simulation to the static models? Can we somehow consider material failure? We had some problems Outer loop? Can we consider nonlinear effects, e.g. contacts? Why don t we optimize the outer parts thicknesses as well? Further work: Master thesis on the questions above (ongoing) Use a different car, to apply to a different geometry AWI Bremerhaven applies bionic design to these problems, let s see what they can do Joint project, almost finished Have a real roof crush with the printed parts , Seite 16

17 Multi-Model optimization for a nonstatic loadcase Thanks for listening! Questions? , Seite 17

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