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> PSA Peugeot Citroën

PSA Peugeot Citroën setzt nCode DesignLife zur Lebensdaueranalyse und- vorhersage von Fahrzeugkomponenten und Teilsystemen ein

Personenkraftwagen sind im täglichen Einsatz hohen Kräften und rauen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Alle Fahrzeugkomponenten und Teilsysteme müssen selbst auf schlechtesten Straßen und unter schwierigsten Bedingungen sicher und zuverlässig unterwegs sein. So stehen Automobilbauer tagtäglich vor der Herausforderung, Autos zu konstruieren, die über ihren gesamten Produktlebenszyklus allen denkbaren Einsatzfällen gerecht werden. Dies erfordert große Anstrengungen, wenn die Lebensdauer von Fahrzeugsystemen und -komponenten vorhergesagt und geprüft werden soll, um  Qualität zu verbessern, Ausfälle zu vermeiden und Garantiekosten zu senken. PSA Peugeot Citroën unterstützt diese Untersuchungen mit der im Rahmen seiner Entwicklungsprozesse zur Lebendaueranalyse eingesetzten Software nCode DesignLife von HBM. PSA Peugeot Citroën ist ein weltweit führender Automobilhersteller mit den bekannten Marken Peugeot und Citroën. Mit Betriebsstätten in 150 Ländern steigert das Unternehmen aktiv seinen Absatz auf neuen, schnell wachsenden Märkten.

PSA Peugeot Citroën zeigt ein klares Bekenntnis zu Innovation auf den Gebieten Sicherheit und Umweltschutz, um Autos entwickeln und bauen zu können, die den hohen Anforderungen der Kunden von Peugeot und Citroën weltweit gerecht werden. Im Bereich “Calcul et Ingénierie Numérique” (CINM),  in dem numerische Engineering-Werkzeuge einsetzt werden, widmen sich mehrere Teams der Entwicklung von Methoden und der Berechnung und Validierung von Ergebnissen für Antriebsstrang und Aufhängung. In diesem Zusammenhang nutzen die PSA-Ingenieure auch nCode DesignLife für die Durchführung von Lebensdaueranalysen. Dank dieser Simulationen können die Teams die Lebensdauer auf Basis von Finite-Elemente-Analysen abschätzen, um Fragen wie “Wie lange wird es halten?” oder “Wird es den Test bestehen?” bereits zu beantworten, bevor der erste Prototyp gebaut ist.  

Lebensdaueranalysen bei PSA Peugeot Citroën

Motoraufhängung mit Netz und einwirkenden Belastungen

In der Vergangenheit nutzte PSA bei Antriebsstrang und Aufhängung hauseigene Software für die Lebensdaueranalyse (PSA-Fatig); diese basiert auf dem Dang-Van-Kriterium, einer Methode zur Vorhersage der Dauerfestigkeit unter komplexen Belastungsbedingungen. Das Dang-Van-Kriterium wird als “mikrostrukturelles” Verfahren eingestuft, da es lokale mechanische Spannungen und Rissbildung betrachtet. Im Unterschied zu anderen Vorgehensweisen, sind Ergebnisse dieser Analyse immer Sicherheitsfaktoren anstelle von Lebensdauern. Zur weiteren Straffung des Entwicklungsprozesses war PSA auf der Suche nach Softwarepaketen für die Lebensdaueranalyse, die den bislang verwendeten auf dem Dang-Van-Kriterium basierenden Ansatz zur Validierung der Ermüdungsfestigkeit sowie andere nützliche Funktionen beinhalten, wie z.B. bewährte Ansätze zur Lebensdaueranalyse, eine fortschrittliche Benutzeroberfläche und die Möglichkeit, neue Verfahren durch Skripterstellung prototypisch umzusetzen. Da bei PSA alle Validierungen der Ermüdungsfestigkeit auf dem Dang-Van-Kriterium beruhen, war von entscheidender Bedeutung, dass ein alternatives Software-Tool diesen Ansatz abdeckt, um im Entwicklungsprozess Zeit- und Kosteneinsparungen erzielen zu können. Nach eingehender Prüfung von nCode DesignLife, in der die Software mit PSA-Fatig verglichen wurde, entschied sich PSA für nCode zur Durchführung von Lebensdaueranalysen in der Entwicklung von Antriebsstrang und Aufhängung. Neben den Skripting- und Schnittstellen-Funktionen von nCode schätzen die Ingenieure von PSA die Möglichkeit des Importierens von Ergebnissen der Finite-Elemente-Methode aus Abaqus (Dassault Systèmes) und Nastran (MSC.Software). nCode-Software wird für großvolumige Teile in der Antriebsstrangentwicklung und Blechteile in der Aufhängung eingesetzt, inklusive Untersuchungen an Schweißnähten und Schweißpunkten. Als Entwickler von nCode DesignLife bot HBM nCode den Ingenieuren von PSA Schulung und Support während der Aufbauphase und konfigurierte in Zusammenarbeit mit PSA die Software für besondere Anforderungen.  

DesignLife im Entwicklungsprozess

Abb. 3: Lebensdaueranalyse für eine Motoraufhängung mit nCode DesignLife und Dang-Van-Kriterium, Ergebnisse für Blechteil
Abb. 4: Lebensdaueranalyse für eine Motoraufhängung mit nCode DesignLife und Dang-Van-Kriterium, Ergebnisse für elektrische Schweißpunkte

Ziel der Lebensdaueranalyse ist die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Teilen oder Komponenten. Zeigt eine Berechnung, dass die Ermüdungsfestigkeit nicht garantiert werden kann, muss die Geometrie des entsprechenden Teils so lange verändert werden, bis das Kriterium erfüllt ist. Zu einer typischen Untersuchung gehören die Belastungsergebnisse (mechanische Spannungen) einer Finite-Elemente-Analyse (d.h. aus Abaqus oder Nastran), die Anwendung bestimmter Belastungsbedingungen und die Durchführung der eigentlichen Lebensdaueranalyse (mit Dang-Van- oder einem anderen Kriterium). Die Ergebnisse, z.B. Konturplots von Sicherheitsfaktoren werden dann angezeigt. Die Ergebnisse der Lebensdaueranalyse werden in eine Datei geschrieben, die in der Standard-Post-Processing-Software von PSA, HyperView von Altair Engineering, wieder geladen werden kann. Das folgende Beispiel zeigt eine Lebensdaueranalyse für eine Motoraufhängung. Es wird eine Finite-Elemente-Analyse mit Abaqus durchgeführt. Einige, einen Belastungszyklus der Motoraufhängung beschreibende Belastungsfälle werden angewendet. Im nächsten Schritt werden die FEA-Ergebnisse in nCode DesignLife in eine FE-Eingabe geladen und an den Funktionsblock für die Lebensdaueranalyse (Dang Van) gesendet.  Der Nutzer definiert dann die Materialparameter gemäß dem Dang-Van-Kriterium (Parameter HSS und TAFE) und die Ergebnisse werden in einer FE-Anzeige visualisiert und in eine Datei geschrieben. Diese Analyse kann sowohl für Blechteile (Abb. 3) als auch für Schweißpunkte (Abb. 4) durchgeführt werden. Für elektrische Schweißpunkte hat HBM nCode auf Wunsch von PSA ein spezielles Verfahren im Funktionsblock Dang-Van implementiert. Dank dieses kundenspezifischen Entwicklungsschritts kann PSA dieselbe Art der Berechnung durchführen wie mit PSA-Fatig. Das FE-Modell für die elektrischen Schweißpunkte arbeitet mit Balken, sodass in diesem Fall die an den Knotenpunkten der Balken sichtbaren Kräfte als Eingangsdaten für nCode DesignLife (FE-Eingabe) dienen. Das spezielle, in der nCode-Software implementierte Verfahren ermöglicht die Konvertierung dieser Kräfte in mechanische Spannungen rund um die elektrischen Schweißpunkte zur Berechnung des Dang-Van-Kriteriums.

Vorteile, Fazit und Ausblick

PSA Peugeot Citroën hat durch den Einsatz von nCode DesignLife für Lebensdaueranalysen einen Meilenstein in seinem Entwicklungsprozess erreicht. Durch die Umsetzung neuer Kriterien für die Lebensdaueranalyse kann PSA nun neue Methoden entwickeln, die Anzahl echter Prüfungen reduzieren und genauere Ergebnisse erzielen. Dies wird die Entwicklungsprozesse kostengünstiger und weniger zeitaufwändig gestalten.

Darüber hinaus können die Ingenieure von PSA mehr numerische Untersuchungen durchführen, um mögliche, zur Erfüllung der angestrebten Leistung einer Komponente erforderliche Konstruktionsänderungen besser bestimmen zu können. Zudem sind Analysen unterschiedlichen Ausmaßes und Umfangs möglich, mit robusteren, vorhersagbaren und an für verschiedene Anwendungen erforderliche Spezifikationen anpassbaren Ergebnissen (Vibrationsermüdung, Verbundmaterialien, etc.). PSA beabsichtigt, in allen Bereichen, in denen Lebensdaueranalysen für Anwendungen vom Antriebsstrang bis zur gesamten Karosserie durchgeführt werden,  PSA-Fatig durch nCode DesginLife zu ersetzen.

„Zusätzlich zur Anwendung des Dang-Van-Kriteriums und der anderen von nCode DesignLife zur Verfügung gestellten Möglichkeiten für die Lebensdaueranalyse gefallen uns besonders die Software-Benutzeroberfläche und ihre auf vordefinierten Prozessen, den sogenannten Funktionsblöcken (Glyphs) basierenden Operationen. Ebenso schätzen wir die Möglichkeit der Skript-Erstellung, die uns das Erstellen kundenspezifischer Analysen erlaubt.”

-Philippe Bristiel, Promovierter Maschinenbauer, bei PSA Peugeot Citroën verantwortlich für Unterstützung und Entwicklung von Methoden für die Lebensdaueranalyse und Strukturoptimierung.

Verwendete Produkte

nCode DesignLife


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