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Crashsimulation

Explizite Simulation

Crashsimulation

Explizite Programme werden in erster Linie für die rechnerische Simulation kurzzeitdynamischer Vorgänge eingesetzt. Ein Hauptanwendungsgebiet ist die Crashsimulation in der Fahrzeugindustrie. Explizite Programme bieten aber unter gewissen Bedingungen auch Vorteile bei der Berechnung statischer Problemstellungen. Beim Auftreten komplexer Kontaktsituationen, komplexer Materialmodelle und / oder Strukturversagen kann der Einsatz sinnvoll sein. Vorteile können sich auch bei sehr großen Modellen mit vielen Freiheitsgraden ergeben.

Gesamtfahrzeug

ihf ist seit 1995 verlässlicher Partner in der Automobilindustrie wenn es um Gesamtfahrzeugsimulation geht. In der Serien- wie auch in der Vorausentwicklung setzen unsere Ingenieure ihr Wissen zur Verbesserung, Problemlösung und Weiterentwicklung von Kundenprodukten ein.

Typische Anwendungen:

  • Gesamtfahrzeugcrash
    • Highspeed (NCAP, FMVSS, ECE, u.v.m.)
    • Lowspeed (RCAR, AZT, Roofcrush, u.v.m.)
    • Misuse-Lastfälle zu Sensierungszwecken (Wildboar, Elchtest, u.v.m.)
    • Airbagsimulation
  • Bauteilversagen
  • Dummy-Integration
  • Validierung mit Versuchsergebnissen

Komponentenlastfälle / Insassenschutz

Durch den Einsatz von Komponentenmodellen erhält man innerhalb kürzester Zeit erste Ergebnisse zum Systemverhalten. Dabei kann die schnelle Verfügbarkeit von Rechenergebnissen gerade in der Konzeptphase wertvolle Hinweise geben. Im Gegensatz zur experimentellen Untersuchung ist die Simulation unabhängig von der Verfügbarkeit der Teile. Entwicklungsbegleitend kann eine Konstruktion bis ins Detail hinein optimiert werden.

Typische Anwendungen:

  • Pendeltests Kopfaufprall im Fahrzeuginnenraum nach ECE-R21
  • Knieaufprall im Fahrzeuginnenraum
  • Auslegung von Sitzanbindungen und Sitzstrukturen
    • Schlittentests (z.B. FMVSS208)
    • Ladungssicherung (ECE-R17)
    • Lehnen- und Kopfstützenfestigkeit (ECE-R17)
    • Gurtverankerungen (ECE-R14)
    • Kindersitzanbindungen (ADR34, FMVSS225, u.v.m.)
    • u.v.m.
  • Auslegung und Optimierung von Energieabsorbern (z.B. Crashboxen)
  • Barrierenentwicklung
  • Auslegung Heckunterfahrschutz
  • Validierung mit Versuchsergebnissen

Fußgängerschutz

Bereits seit über 15 Jahren ist ihf in diesem Feld erfolgreich tätig. Zahlreiche Projekte für verschiedene Fahrzeugklassen und zu allen Lastfällen sind die Basis unseres umfassenden Know-Hows.

Wegen des hohen Verletzungsrisikos nimmt der Fußgängerschutz in der Automobilentwicklung auch weiterhin an Bedeutung zu. Ziel ist es, den Fußgänger bei der Kollision mit einem Fahrzeug vor schwerwiegenden Verletzungen zu schützen. Durch legislative Maßnahmen ist der Fußgängerschutz mittlerweile ein wichtiges Kriterium, das über die Zulassung eines Fahrzeugs für den Straßenverkehr mitentscheidet, aber auch die steigende Prominenz der verschiedenen NCAP-Programme sorgt für einen erhöhten Entwicklungsaufwand.

Zur rechnerischen Untersuchung dieser Lastfälle werden Komponentenmodelle der Fahrzeugfront aufgebaut. Mit diesen Rechenmodellen können dann Geometrie und Materialeigenschaften der Außenkontur variiert und optimiert werden. So kann die Simulation schon in einem frühen Stadium der Fahrzeugentwicklung wertvolle Hinweise für eine fußgängerfreundliche Gestaltung der Fahrzeugfront geben.

Typische Anwendungen:

  • Lastfälle gesetzlicher Tests (legal) sowie nach NCAP
    • Headform (Kopfaufprall auf Fahrzeugfront)
    • Lower Leg (Beinaufprall auf Fahrzeugfront, WG17 oder FlexPLI)
    • Upper Leg (Oberschenkelaufprall auf Fahrzeugfront)
  • Auslegung und Optimierung von Energieabsorbern, Schaumeinlegern, Lower Bumper Stiffenern, etc. für Fahrzeugfronten

Falltest

Ob Kinderspielzeug, Handy, Laptop, Rasierapparat oder Kaffeemaschine: vor allem in der Konsumgüterindustrie sind Falltests auf Stahlplatten oder Schocktests unter einer konkreten g-Last für ein Produkt zu einer Pflichtübung geworden. Werden diese Tests erst am Ende der Produktentwicklung durchgeführt, zieht dies möglicherweise erhebliche Folgekosten für den Hersteller nach sich. Hier kann vorgebeugt werden. Falltestsimulationen mit LS-DYNA in der Konzeptphase liefern wertvolle, weil frühe Hinweise für die weitere Konstruktion und sparen eine Vielzahl teurer Prototypen und aufwändige Realtests. Entwicklungsbegleitend kann die Struktur darüber hinaus bis ins Detail optimiert werden.

Typische Anwendungen:

  • Konsumgüter
  • Fallturmtests
  • Schocktests
  • Materialversagen
  • Elektrische / elektronische Bauteile
  • Gefahrgutcontainer
  • Auslegung von Bauteilverpackungen

Berstsimulation von Turbomaschinen

Containmentsimulation

Containmenttests dienen bei Maschinen mit schnell rotierenden Bauteilen (z.B. Gasturbine / Turbolader) dazu, im Versagensfall des Laufzeugs sicherzustellen, dass frei umherfliegende Bruchstücke von der umgebenden Gehäusestruktur zurückgehalten werden und nicht andere Maschinen oder gar Menschenleben gefährden.

In der Vergangenheit wurde ein Nachweis der Containmentsicherheit bei Bedarf durch einen entsprechenden Berstversuch durchgeführt. Das Ergebnis selbst trägt aber nur begrenzt zur Erkenntnis des Schadensmechanismus beim Bersten und daraus abzuleitender Restsicherheit sowie zukünftiger Entwicklungspotentiale bei. Als Entwicklungshilfe für zukünftige Generationen sind diese abschließenden Tests somit nicht ausreichend. Dies gilt umso mehr, wenn man den enormen Zeit- und Kostendruck heutiger Entwicklungen in die Betrachtung mit einbezieht.

Ziel ist es deshalb, das Containmentverhalten entwicklungsbegleitend durch den Einsatz numerischer Berechnungsverfahren zu untersuchen bzw. zu verbessern und letztendlich die Containmentsicherheit aufzuzeigen. Hierzu bedarf es eines Containmentsicherheitskonzeptes, das schrittweise diesen Weg ermöglicht, eine Vielzahl möglicher Schadensszenarien abdeckt sowie eine Übertragbarkeit auf andere Maschinen und/oder Baugrößen sicherstellt.

ihf ist auf diesem Gebiet seit vielen Jahren sehr erfolgreich tätig und gehört zu den Marktführern in Deutschland. Mit Hilfe der expliziten FE-Simulation können eine Vielzahl von kostenintensiven Tests eingespart bzw. Maschinen auf effiziente Weise verbessert werden, so dass sie containmentsicher sind. Aufgrund von uns erfolgreich durchgeführten Simulationen kann sich auf einzelne Tests zur Validierung bzw. Abschlussprüfung beschränkt werden.

Typische Anwendungen:

  • Laufradbersten bei Radialturbomaschinen
    • Turbolader, Turboverdichter, u.v.m.
  • Schaufelabriss bei Axialturbomaschinen
    • Turbolader, Turbopumpen, Gasturbinen, Strahltriebwerke, u.v.m.
  • Validierung von Materialversuchen zur Abbildung von spannungsabhängigem Materialversagen
    • Gurson, Johnson-Cook, GISSMO, u.v.m.

Schienenfahrzeuge

Neben der aktiven Sicherheit ( = Vermeiden von Unfällen), die weiterhin das grundlegende Konzept der Eisenbahnsicherheit bleibt, ist die Erhöhung der passiven Sicherheit durch eine crashgerechte Konstruktion von großer Bedeutung. Gesetzliche Anforderungen, z.B. die der europäischen Norm EN 15277, decken hierbei nicht alle möglichen Unfallszenarien ab, sondern sorgen für ein Niveau von Kollisionssicherheit, das die Unfallfolgen reduzieren und die Erhaltung des Überlebensraumes garantieren soll.

Die explizite Struktursimulation macht es hierbei möglich, auf einfachem Wege durch die schnelle Erzeugung von Varianten, z.B. in Komponentenmodellen von Zugausschnitten, entwicklungsbegleitend Verbesserungsvorschläge und Konstruktionsänderungen bewerten zu können.

Typische Anwendungen:

  • Barrierenkalibrierung nach EN15227
  • Kollisionsszenarien nach EN15227
    • Zug gegen Hindernis
    • Zug gegen Zug
  • Dummy-Integration
  • Auslegung von Verformungselementen