test bench

FEMFAT LAB virtual iteration

Schnittkräfte auf der Basis von Messdaten und Multibody-Simulationsmodellen (MSC Adams®, Simpack®, Motionsolve®, Recurdyn® und VI-Grade®) bestimmen

Merkmale:

  • Ermittlung äußerer Lasten eines dynamischen Systems (typischerweise MKS), so dass interne Messungen reproduziert werden können
  • Gewährleistung des korrekten Kraftflusses im Modell durch Verwendung interner Messpunkte, die sich nahe bei den untersuchten Strukturen befinden
  • Wahlweise Berechnung der Wegbelastung eines Modells, das nicht gemessen werden kann
  • Automatisierter Iterationsprozess mit MSC Adams®, Simpack®, Motionsolve®, Recurdyn® und VI-Grade®
  • Leistungsfähiges Tool zur Simulation von PKWs und LKWs (voll beladene Fahrzeuge, Aufhängung und besondere Komponenten)

Allgemeines Prinzip

Die virtuelle Iteration beruht auf der Ermittlung der Anregung eines Modells im Zeitbereich mittels dynamischer Simulation (Mehrkörpersimulation).

Durch den Iterationsprozess ist es somit, parallel zum realen Prüfstand durch Simulation (MKS) möglich, äußere Belastungen einer Struktur so anzupassen, dass innere Messgrößen, d.h. korrekter Kraftfluss, mit gewünschter Genauigkeit reproduziert werden (Lösung eines nichtlinearen inversen Problems).  

Somit erspart man sich u.a. zeitaufwändige Messungen von Strukturkräften oder Belastungen mit Radkraftsensoren. Die Messung der inneren Größen ist hingegen meist relativ einfach (z.B. Radnaben- oder Rahmenbeschleunigungen, Federwege, etc).

Automatisierter Iterationsprozess

Die Virtuelle Iteration kann in Verbindung mit den MKS-Programmen MSC/ADAMS® and SIMPACK® automatisch verwendet werden:

Die Schnittstelle zu ADAMS verwendet das adm-File (ADAMS Solver Database) zur Simulation des Dynamikmodells. Der Input des Modells wird über Splines, der Output über Requests definiert.

Die Schnittstelle zu SIMPACK funktioniert über die SIMPACK-Eingabeaufforderung mit SIMPACK Skript Befehlen. Der Input wird über Input-Functions definiert, der Output über ein formatiertes ASCII-File (csv-File).

Ablauf der virtuellen Iteration

Präzisere Lebensdauervorhersage durch virtuelle Iteration.

Ablauf der virtuellen Iteration:

  1. Rauschgenerator: Berechnung eines rosa Rauschens zur Bestimmung der Übertragungsfunktion des Modells.
  2. Simulation des MKS-Modells mit den Rauschsignalen als Input und Ausgabe der Antworten des Systems.
  3. Berechnung der Übertragungsfunktion. Wird als Annäherung des nichtlinearen MKS-Modells verwendet und kann problemlos invertiert werden. 
  4. Durchführen eines oder mehrerer automatisierter Iterationsschritte, d.h. Berechnung des System-Inputs durch Anwendung der inversen Übertragungsfunktionen auf die Messung, i.a. innere Messpunkte.
  5. Die Iteration wird beendet, sobald eine bestimmte Genauigkeit erreicht wurde. Ein oft verwendetes Kriterium für die Genauigkeit ist ein relativer Schädigungsvergleich der beiden Signale, welcher mit FEMFAT LAB durchgeführt werden kann. Auch ein Vergleich der Frequenzspektren ist möglich. Es erfolgt eine gute Korrelation zwischen Messung und Simulation im Zeit-Bereich.

Typische Anwendungen für die virtuelle Iteration

Messungen unterschiedlicher PKW-Achsen (Kräfte in den Gelenken und Lenker, Federwege) wurden ohne Verwendung von Radkraftsensoren auf einer Teststrecke durchgeführt.

Parallel dazu wurde ein MKS-Modell erstellt, um korrekte Beanspruchungen bzw. Kollektive eines Hilfsrahmens oder eines Achsschenkels für eine Lebensdauerberechnung zu ermitteln. Um diese Aufgabenstellung zu erfüllen, müssen die äußeren Lasten, in der Regel die Radnabenkräfte und -drehmomente, durch den skizzierten Iterationsprozess auf Basis der vorliegenden Messstellen (diverse Kräfte und Federwege) berechnet werden. Sind diese Radnabenkräfte durch virtuelle Iteration mit einer vorgegebenen Genauigkeit ermittelt, können verschiedenste Größen wie die eingangs erwähnten Schnittkräfte bzw. modalen Ergebnisse für schwingend beanspruchte Bauteile berechnet werden. Diese dienen später als Grundlage für die anschließende mehrachsige Lebensdauerbewertung mit FEMFAT MAX.

Ein zweiter wichtiger Anwendungsbereich der virtuellen Iteration ist die Berechnung vertikaler Verschiebungen, deren Ergebnisse als Eingabewerte für ein dynamisches System verwendet werden. Absolutverschiebungen können nicht gemessen werden, sind aber oft erforderlich, z.B. für die vertikale Richtung der Belastung. Für gewöhnlich können diese globalen Verschiebungen aus einfachen internen Messungen bestimmt werden, wie z.B. der Beschleunigung oder relativen Verschiebung. Solche vertikalen Verschiebungen werden typischerweise verwendet für:

  • Befestigungsteile, Krafteinleitung am Rahmen oder mehrachsige Simulationsbelastungen
  • umfängliche Fahrzeugsimulation, Lasten in der Radmitte
  • Erzeugung eines Straßenprofils, 4-Stempel-Gesamtfahrzeugsimulation inklusive vertikale Reifensteifigkeit