Topologie- und Gewichtsoptimierung BMC Fahrrad-Vorbau und AMZ Radträger



Ähnliche Dokumente
Optimierung und Fertigung eines Bogenmittelteils aus einer Magnesiumlegierung

Festigkeit von FDM-3D-Druckteilen

Herzlich Willkommen. Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA

Empire Cycles generativ gefertigter Fahrradrahmen

Kolben für PKW-Dieselmotoren Aluminium oder Stahl?

Hubeinrichtung. FEM-Berechnung Hubbrücke

Untersuchung der Auswahl der Hauptfreiheitsgrade zum Import eines Modells von ANSYS nach SIMPACK

OUTSOURCING ADVISOR. Analyse von SW-Anwendungen und IT-Dienstleistungen auf ihre Global Sourcing Eignung. Bewertung von Dienstleistern und Standorten

Nichtlineare Materialparameteroptimierung für reibungsbehaftete einachsige Elastomerdruckproben

Windturbine. Für die Berechnung gilt die Referenz- Windgeschwindigkeit = 12 m/s. Flügel Umlaufgeschwindigkeit bei Lamda 2,5 = 2,5.

Kolloquium zur Bachelorarbeit Alain-B. Nsiama-Leyame Bachelorstudiengang Produktentwicklung und Produktion WS 2015 / 2016

Zugversuch. Zugversuch. Vor dem Zugversuch. Verlängerung ohne Einschnürung. Beginn Einschnürung. Probestab. Ausgangsmesslänge L 0 L L L L

Durchgängige Parameteroptimierung mit Hilfe der CATIA/Abaqus-Schnittstellen CATIA Associative Interface und OptiqusCatia

Cad-OasEs Int. GmbH. 20 Jahre UG/NX Erfahrung prägen Methodik und Leistungen. Nutzen Sie dieses Wissen!

AGROPLUS Buchhaltung. Daten-Server und Sicherheitskopie. Version vom b

Ermüdungsverhalten von DMS (Dehnmess-Streifen)

«PERFEKTION IST NICHT DANN ERREICHT, WENN ES NICHTS MEHR HINZUZUFÜGEN GIBT, SONDERN DANN, WENN MAN NICHTS MEHR WEGLASSEN KANN.»

Checkliste Webauftritt

Info zum Zusammenhang von Auflösung und Genauigkeit

METALFOAM: WELTWEIT EINZIGARTIG. Die Lösung für Leichtbaukonstruktionen. Stabilität vereint Leichtigkeit. AFS - Einstoff-Aluminium-Sandwich

Auslegung und Dimensionierung eines Rotorkopf- Sterns in Composite-Solidbauweise

Die Finite Elemente Methode (FEM) gibt es seit über 50 Jahren

Messung und Aufwandsschätzung bei der Entwicklung von Web Applikationen. Frederik Kramer // Folie 1 von 14

MATERIAL z.b. Malabrigo Lace Baby Merino [100% Baby Merino Wool; 430m per 50g Strang]; Farbe auf dem Bild der Designerin: Lettuce; 1 Strang

Generative Fertigung von Endprodukten

FH-D. Projekt: Gussteil 2006/2007

1 Einleitung. 1.1 Motivation und Zielsetzung der Untersuchung

Inhaltsverzeichnis NIROFLEX. 2.0 Inhaltsverzeichnis

Reden wir über Blech! Dahinter steckt viel mehr: Fertigung, Abwicklung und weitere Vorteile.

Arndt & Voß GmbH Elektronik - Meßtechnik

Dampfkessel ( Beispiel) Datenblatt

.. für Ihre Business-Lösung

Anschluss des CP600BMW an ein BMW Autoradio ohne CD-Wechsler:

Konzepte der Informatik

Modulare Messestände Große Ideen für variable Messeflächen!

Weiterbildung zum Prozessmanagement Fachmann

Dieter Brunner ISO in der betrieblichen Praxis

Schnelle und konsistente Stoffwertberechnung mit Spline Interpolation Arbeiten innerhalb der IAPWS Task Group "CFD Steam Property Formulation"

Anbindung LMS an Siemens S7. Information

Professionelle Seminare im Bereich MS-Office

3. Grundlagen der Linearen Programmierung

GeFüGe Instrument I07 Mitarbeiterbefragung Arbeitsfähigkeit Stand:

Reflow -Technologie Produktübersicht

Benutzerhandbuch planlauf/table 2015

Verwendung von LS-OPT zur Generierung von Materialkarten am Beispiel von Schaumwerkstoffen

Honorare & Konditionen

Silca Software ERKLÄRUNG. February 2013 Copyright Silca S.p.A. V.2.0

Einführung in die optische Nachrichtentechnik. Herstellung von Lichtwellenleitern (TECH)

CFD in KMU Swiss VPE Symposium 2012

Implantate Anwendung in unserer Praxis

Lichtbrechung an Linsen

Information Systems Engineering Seminar

Unsichere Produkte und die rechtlichen Konsequenzen

Herstellung von Prototypen aus Metallen und Kunststoffen

2.8 Grenzflächeneffekte

Die Post hat eine Umfrage gemacht

Kapitalerhöhung - Verbuchung

Wärmeströme leicht sichtbar machen. 5 Sekunden. 20 Sekunden. Wärmemessfolien

KfW-Förderreport 2015 Auswertung Kurzfassung

PULSE REMOTE SERVICES DIE LEISTUNGEN IM ÜBERBLICK

Satelliten-Antenne Installationsanweisungen AS-2700 AS-2700 G

ECO-Manager - Funktionsbeschreibung

5.12. Variable Temperaturgradienten über dem Scheibenzwischenraum

Job - Ausbildung Perspektive. JAP! - Ein Angebot des Jobcenters für junge Erwachsene unter 25 Jahre

Nachkalkulation. Hat sich das Objekt CVO Auxilium hilden im Juni rentiert?

Die integrierte Zeiterfassung. Das innovative Softwarekonzept

Symbollinientypen einfacher erstellen

Eine Vollkeramik, alle Vorteile. Zahnärztliche Information.

PULSE REMOTE SERVICES DIENSTLEISTUNGEN FÜR PERFORMER

Der Support für Windows Server 2003 endet endgültig alles was Ihnen dann noch bleibt ist diese Broschüre.

Produktpräsentation Interaktive Präsentationssysteme. Pä

Darstellungsformen einer Funktion

Bundesverband Flachglas Großhandel Isolierglasherstellung Veredlung e.v. U g -Werte-Tabellen nach DIN EN 673. Flachglasbranche.

Die CLC-Mitarbeiterbefragung. Eine solide Datenbasis für Ihre Unternehmensentwicklung.

Optimierungspotential im Stahlhallenbau unter Ausnutzung von nichtlinearen Systemeigenschaften

Metalltechnik Logo - Unterzeile

Topologieoptimierung mit HyperShape for CATIA

Für jede Stimmung das passende Bild. Mit dem KREIOS G1 LED-Bildprojektor.

Datenexport aus JS - Software

Methoden zur Visualisierung von Ergebnissen aus Optimierungs- und DOE-Studien

Im Folgenden werden einige typische Fallkonstellationen beschrieben, in denen das Gesetz den Betroffenen in der GKV hilft:

RPT. a) Nennen Sie die verschiedenen Arten von Modelltypen und ihr Abstraktions- und Detaillierungsgrad, sowie die Funktionalitäten.

Algorithmen und Datenstrukturen

Einbau bzw. Umbau einer USB-Schnittstelle für das Testboard TB1 nicht nur für il-troll

Für die Bearbeitung dieser Aufgabe sendet die Kundin Ihnen die Baupläne und Bilder von ihrem Haus zu.

Planen mit mathematischen Modellen 00844: Computergestützte Optimierung. Autor: Dr. Heinz Peter Reidmacher

FAQ 04/2015. Auswirkung der ISO auf 3SE53/3SF13 Positionsschalter.

SDD System Design Document

Car-Net über WLAN Aufbau einer Internet-Verbindung über WLAN zur Nutzung von Car-Net

Montage - Bedienung. Plisseeanlagen mit Griffbedienung / Schnurbedienung IP-01 IP-03 IP-04 IP-02. Verehrte Kundin, verehrter Kunde,

Witte WEIGUSS ermöglicht das Bearbeiten von filigranen Bauteilen

Modulbauten von Losberger für die Kfz-Branche

DIE SICHERE ENTSCHEIDUNG!

Moodle-Kurzübersicht Kurse Sichern und Zurücksetzen

Neuheiten PROfirst CAM Version 8

Summer Workshop Mehr Innovationskraft mit Change Management

Gerätehalter Baustein und Seitenbehang. Übersicht und Ordnung im Gartenhaus, Keller, Garage und Co.

Entwicklung eines wartungsfreien Gitterturmes?!!

Neue Wege im Reporting Design mit Hilfe von Eye Tracking Analysen

PV-Anlagen vor Blitz und Überspannungen schützen

Transkript:

Topologie- und Gewichtsoptimierung BMC Fahrrad-Vorbau und AMZ Radträger VPE Swiss Symposium 2013 Hochschule für Technik Rapperswil Benjamin Schwenter CADFEM (Suisse) AG Pascal Fischer Akademischer Motorsportverein Zürich

CADFEM: FEM / CFD Software and Services CADFEM CAE Software & Services 30 years experience 160+ employees 50 Mio. revenue Central Europe: 12 offices 100+ ANSYS technical & sales engineers 50+ different seminar topics Master of Engineering: Applied Computational Mechanics Worldwide through partners & TechNet Alliance Software Seminars Support Consulting

Inhalt 1. TOPOLOGIE-OPTIMIERUNG 2. BEISPIEL: RADTRÄGER Quelle: FE-DESIGN 3. BEISPIEL: BIKE-VORBAU 4. AUSBLICK

Teil 1 TOPOLOGIE-OPTIMIERUNG Quelle: FE-DESIGN

Topologie-Optimierung Zwei fundamentale Arten der Optimierung Shape Topologie Parameterfreie Optimierung Parametrische Optimierung Evol. Alg. Statistik Topologie-Optimierung ist parameterfrei! Einfache Handhabung Kann: Strukturoptimierung wie Steifigkeit, Masse, etc. optimierte Materialverteilung viele Variablen

Topologie-Optimierung Funktionsweise Ziel: In einem definierten Bauraum mit strukturellen Randbedingungen soll eine gegebene Masse so verteilt werden, dass eine globale Zielgrösse ein Minimum/Maximum erreicht. Quelle: FE-DESIGN Voraussetzung: Finite-Elemente-Software Optimierungs-Software

Topologie-Optimierung Funktionsweise schematisch Quelle: FE-DESIGN E-Modul E i eines jeden Elementes i wird variiert; verschiedene Lastfälle. Anzahl Variablen = Anzahl Elemente Diejenigen Elemente mit einer Spannung < S werden eliminiert (E i und Dichte wird tiefgesetzt)

Topologie-Optimierung Zwei Algorithmen in der Topologie-Optimierung Controller Nichtlineare Statik keine Modalanalyse Zielfunktion: Steifigkeit erhöhen RB immer Volumen: Volumen = Wert Iterationen: ca. 15 Sensitivität Lineare Statik Einige Nichtlinearitäten Modal (Eigenfrequenzen) mehrere Zielfunktionen und RB RB sind vom Typ: Volumen < Wert Iterationen: ca. 30-45

Topologie-Optimierung Typische Aufgaben für die Topologie-Optimierung Steifigkeit maximieren, bei Volumen-/Massenbeschränkung bei Frequenzbeschränkungen Spannungen minimieren, homogen verteilen Verschiebungen minimieren, bei Volumen-/Massenbeschränkung Volumen minimieren, bei Deformationsbeschränkungen Reaktions oder Interne Kräfte minimieren Maximierung der ersten Eigenfrequenz Maximierung der Frequenzlücke zwischen zwei Eigenfrequenzen Beschränkung des Unterschieds zwischen zwei Verformungen

Teil 2 BEISPIEL RADTRÄGER

Inhalt Überblick Formula Student Anforderungen an das Bauteil Bauraummodell Optimierungsläufe Einfluss auf das endgültige Bauteil Fazit 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 10

Formula Student Der grösste Studentische Ingenieurswettbewerb der Welt Mehr als 500 Teams ca. 100 Elektro-Teams 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 11

Zielsetzung Formula Student Produktzyklus komplett selbst gestalten Von A wie Konzeptfindung Bis Z wie Testphase Gefragt sind: Kreative Lösungen und kritisches Denken Zeitmanagement Sponsorenakquise 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 12

Formula Student An der ETH Zürich entsteht jedes Jahr ein neuer Rennwagen für die Formula Student 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 13

Anforderungen an den Radträger Verbindung der Fahrwerksgeometrie mit Radnaben und Rad 3 relevante Lastfälle in der Auslegung Bump (10 cm hohe Schwelle) Kurvenfahrt mit 2.6 g Bremsen 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 14

Bauraummodell 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 15

Bauraummodell 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 16

Resultat der Optimierungsläufe Controller basierter Algorithmus Mit einem Zielvolumen von 10 % 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 17

Resultat der Optimierungsläufe Controller basierter Algorithmus Mit einem Zielvolumen von 15 % 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 18

Resultat der Optimierungsläufe Controller basierter Algorithmus Mit einem Zielvolumen von 10 % und der Vorgabe einer Entformungsrichtung 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 19

Einfluss auf das endgültige Bauteil 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 20

Einfluss auf das endgültige Bauteil 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 21

Fazit Direkte Übernahme des Resultates meist nicht ohne Anpassungen möglich Setzt gut bekannte Lastfälle voraus Gutes Mittel um Ideen für neue Geometrien zu bekommen 23.04.2013 Akademischer Motorsportverein Zürich Pascal Fischer 22

Teil 3 BEISPIEL: BIKE-VORBAU

Ausgangslage: Projekt: Idee Moderne Fertigungsmethoden wie Rapid Prototyping erlauben unkonventionelle Bauformen Moderne Fertigungsmethoden benötigen moderne Software Idee: Mit modernen Fertigungstechniken wie Rapid Prototyping ein Fahrrad-Vorbau mit minimalem Gewicht aber gleichbleibender Steifigkeit herstellen. Quelle: www.bmc-racing.com

Projekt: Idee Startpunkt: konventioneller Vorbau Ziel: Gewicht minimieren Kriterien: Steifigkeit Belastungstests Weg: Finite Elemente Analyse Topologieoptimierung Rapid Prototyping

Projekt: Umsetzung FE-Modell 1. CAD-Modell 2. Finite Elemente Modell 3. Lasten und Randbdg.

Projekt: Umsetzung FE-Modell: Lasten und Randbedingungen 1. Randbedingungen: Festsitzendes Steuerrohr 2. Schrauben anziehen + 3 Lastfälle: 1. Belastung an Mitte Lenker 2600 N 2. Torsionsbelastung Abstützstelle Lenker re. Hand 3. Torsionsbelastung Abstützstelle Lenker li. Hand entspricht Belastungstest für MTB 1000 N

Projekt: Umsetzung Ergebnisse der FEM Analyse Material: Stahl 1.4542, gehärtet E-Modul 199 GPa; R p0.2 1135 MPa; R m 1300 MPa Maximale Gesamtverformung: Vorwärtsbelastung: 0.18 mm Torsionsbelastung: 0.42 mm MPa Vergleichsspannungen bei Torsionsbelastung

Projekt: Umsetzung Topologie-Optimierung I Definieren des Bauraumes Definieren des Designraumes Definieren von Optimierungs- Randbedingungen (RB) z.b. für Fertigung, Symmetrie

Projekt: Umsetzung Topologie-Optimierung II Optimierungs-Randbedingungen: frozen Ziel: maximale Steifigkeit Optimierungs-Randbedingung: Volumen = 13 % Designraum (Original 14%)

Substeps Projekt: Umsetzung

Projekt: Umsetzung Ergebnisse der Topologie-Optimierung Gewicht: - 7%, Aufwand einige Tage Aussenradius des Bauraumes wurde ausgenutzt Seite Oben Vorne

Projekt: Umsetzung Umsetzung mit Rapid-Prototyping SLM Selective Laser Melting Verfahren: Es werden typischerweise 30 mm dicke Pulverschichten aus Standard Metallen auf eine Metallplatte aufgetragen und die Querschnittsfläche eines Bauteils in der entsprechenden Bauteilhöhe mittels eines Lasers abgescannt. Dadurch schmilzt das Pulvermaterial und wird mit der bereits aufgebauten unteren Schicht verschweisst. Das Bauteil wächst schichtweise oder eben generativ. Verfügbare Materialien:

Projekt: Umsetzung Umsetzung mit Rapid-Prototyping Quelle: FE-DESIGN

Projektstand heute Projekt: Umsetzung

Projekt: Umsetzung Projektstand heute geklärt: Struktur hergestellt und montiert Zielvorgabe bezüglich Gewicht und Steifigkeit erreicht Festigkeit im Dauerversuch nicht erfüllt offen: Glättung und Verfeinerung des Designs Herstellungskosten Quelle: bmc-racing.com

Teil 4 AUSBLICK

Weitere Optimierungsmöglichkeiten Querlenker von Audi Redesign Existing design 100 80 60 Cutting splines Topology optimization Design space model 40 20 Quelle: FE-DESIGN 0 Weight Max. stress Max. displacement Existing design New design

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! CAE Software Seminars Support Consulting