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SCHRIFTENREIHE NR. 140

Finite-Elemente-Berechnungmit 3D-CAD-Systemeneine vergleichendeUntersuchung

FORSCHUNGSVEREINIGUNGAUTOMOBILTECHNIK EV RAT

Finite-Elemente-Berechnungmit 3D-CAD-Systemen -

eine vergleichende Untersuchung

FAT AK27Finite-Elemente-Berechnung im Automobilbau

Unterausschuß FEM im CAD-Umfeld

Juni 1997

Beteiligte Firmen:IVECO Magirus AG

MAN Nutzfahrzeuge AGRobert Bosch GmbH

Siemens AGVoith Turbo GmbH & Co. KG

ZF Friedrichshafen AG

Sprecher:Dr.-Ing. Klaus-Peter Schnelle,

Robert Bosch GmbH

© Alle Rechte bei FAT EV, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.

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Druckerei HenrichSchwanheimer Straße 11060528 Frankfurt am Main

Vervielfältigungen, auch auszugsweise, nurmit ausdrücklicher Genehmigung der FAT

FORSCHUNGSVEREINIGUNGAUTOMOBILTECHNIK EV

VORWORT

Seit längerem bemüht sich die FAT um Verbesserungen bei der Anwen-dung von Finite-Element-Methoden im Automobilbau. Zu diesem Zweckhaben die im FAT-Unterausschuß vertretenen Mitarbeiter der Mitglieds-firmen die jetzt vorliegende vergleichende Analyse durchgeführt. In ihr sinddie Leistungsspektren verschiedener FEM-Module in CAD-Systemen über-sichtlich dargestellt und eindeutig bewertet.

Die Studie kann als richtungsweisend für ähnliche Aufgabenstellungen an-gesehen werden. Den im Text namentlich genannten Bearbeitern soll andieser Stelle ausdrücklich gedankt werden.

Frankfurt am Main, im September 1997

FORSCHUNGSVEREINIGUNG AUTOMOBILTECHNIK E.V. (FAT)

FORSCHUNGSVEREINIGUNG FATAUTOMOBILTECHNIK EV n # I * •

Finite-Elemente-Berechnung mit 3D-CAD-Systemen Seite 1

1 Hintergrund:

Mechanische Erzeugnisse werden mehr und mehr mit Hilfe von 3D-CAD-Systemen entwickelt. Ein immergrößerer Anteil an Komponenten ist so komplex, daß eine optimierte Gestaltung die rechnerische Ermitt-lung von Spannungen, Verformungen und Schwingungen mit der Finite-Elemente-Methode erfordert. DieBerechnung wird zu einem integralen Bestandteil des Entwicklungsprozesses. Die Anwendung dieses Ver-fahrens liegt damit in vielen Fällen nicht mehr in der Hand von Spezialisten, sondern bei Entwicklungs-ingenieuren und Konstrukteuren, insbesondere für den klassischen Fall der linearen Statik. Das Ausbil-dungsprofil von Ingenieuren umfaßt heute an fast allen Hochschulen die Grundlagen der Finite-Elemente-Methode. Neue 3D-CAD-Systeme bieten zudem die Möglichkeit einer integrierten Finite-Elemente-Analyse.Außerdem ist die Leistungsfähigkeit der Soft- und Hardware heute so hoch, daß auch größere Berechnun-gen auf Arbeitsplatzrechnern erfolgen können. Mit dem hier beschriebenen Benchmark sollte anhand einesBeispiels untersucht werden, inwieweit ein Produktentwickler innerhalb seines 3D-CAD-Systems Finite-Elemente-Berechnungen vornehmen kann. Neben der Qualität der Ergebnisse stand auch der Bedie-nungsaufwand im Mittelpunkt. Die vorliegende Untersuchung soll Hinweise zum Stand der Technik und zuheutigen Möglichkeiten einer Finite-Elemente-Berechnung im Entwicklungsprozeß liefern.

2 Vorgehensweise:

Im FAT-Arbeitskreis 27 „Finite-Elemente-Berechnung im Automobilbau" wurde zur detaillierten Untersu-chung dieser Thematik ein Unterausschuß „FEM im CAD-Umfeld" eingerichtet, in dem folgende Firmenmitarbeiten:

IVECO Magirus AG,MAN Nutzfahrzeuge AG,Robert Bosch GmbH,Siemens AG,Voith Turbo GmbH & Co. KG,ZF Friedrichshafen AG.

Die Adressen der Ansprechpartner sind in Anhang A zusammengestellt.

Die Arbeitsgruppe erstellte einen Anforderungskatalog für FEM-Module in 3D-CAD-Systemen und entwik-kelte ein Benchmark-Modell (Bild 1) als Basis für den Systemvergleich. Es handelt sich um ein einzelnesVolumenmodell mit typischen Formelementen wie Bohrungen, Nuten und Verrundungen. Zusätzlich enthältdas Modell Freiformgeometrie an einem Übergang von einer zylindrischen in eine ebene Fläche. Das Mo-dell ist an einer Seite fest eingespannt und am freien Arm durch eine Kraft sowie in der großen Bohrungdurch einen Innendruck belastet. Es wurde linear-elastisches Materialverhalten angenommen (Aluminium).Die Finite-Elemente-Analyse umfaßt die automatische Vernetzung des Bauteils, die Definition von Material,Lasten und Randbedingungen und eine lineare Statik-Berechnung einschließlich der Auswertung vonSpannungen und Verformungen.

Bild 1: Benchmarkmodell für den Systemvergleich

FORSCHUNGSVEREINIGUNG PATAUTOMOBILTECHNIK EV n r i •


Anhand einer Prioritätenliste der beteiligten Firmen wurden die zu betrachtenden 3D-CAD-Systeme aus-gewählt. Es sind dies die Systeme

Autodesk Mechanical Desktop (Fa. Autodesk),CADDS (Fa. Computervision),CATIA (Fa. IBM),IDEAS (Fa. SDRC),Pro/Engineer (Fa. PTC),Unigraphics (Fa. EDS).

Adressen der Systemanbieter sind in Anhang B aufgeführt.

Die Arbeitsgruppe besuchte jeden Systemanbieter, stellte die Zielsetzung und das Benchmarkmodell vorund verfolgte anschließend die Erstellung des CAD-Modells und die Finite-Elemente-Berechnung, die vonVertretern der Systemanbieter vorgenommen wurden. Für jedes System stand ein Tag zur Verfügung, wo-von ca. 1-2 Stunden auf die reine Geometrie-Modellierung entfielen.

Nach Abschluß der Testreihe wurden die Ergebnisse gesammelt und in einen allgemeinen, einen verglei-chenden und einen systemspezifischen Teil gegliedert. Im allgemeinen Teil sind Erkenntnisse, die unab-hängig vom spezifischen CAD-System entstanden, zusammengefaßt. Der zweite Teil sind Auswertungen inMatrixform, soweit diese möglich und sinnvoll waren. Weitere Einzelheiten zu den jeweiligen Systemen sindin der systemspezifischen Darstellung enthalten. Dort ist auch die Stellungnahme der Anbieter enthalten,die diese nach Abschluß der Untersuchungen und Durchsicht einer ersten Berichtsversion abgeben konn-ten.

Die Ergebnisse liefern wertvolle Hinweise und Erkenntnisse, sind für eine Systemauswahl jedoch nur einBaustein. Aufgrund der beschränkten Kapazität konnte nur ein einziges Volumenmodell untersucht werden,auch die Analyse ist nur ein Ausschnitt möglicher Berechnungen. So wurden z.B. keine Schalenmodelleund keine Schwingungsanalysen betrachtet. Insbesondere bei der automatischen Vernetzung können dieErgebnisse für weitere Volumenmodelle anders ausfallen. Dies ist bei der Interpretation der Ergebnisse zubeachten.

3 Anforderungen an die FEM-Berechnung im 3D-CAD-System

In der Entwicklung mechanischer Erzeugnisse zeichnen sich folgende Tendenzen ab:• Konstruktionen werden hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften bereits in der frühen Konstrukti-

onsphase beurteilt; der Berechnungsumfang nimmt damit stark zu,• das Ausbildungsprofil der Konstrukteure umfaßt Grundlagen und Anwendung der Finite-Elemente-

Methode,• die Hardware ist so leistungsfähig, daß auch größere Berechnungen am Arbeitsplatzrechner möglich

sind,• 3D-CAD-Systeme enthalten unter einer einheitlichen Oberfläche Module für Standard-Berechnungen,• leistungsfähige Benutzeroberflächen der 3D-CAD-Systeme erlauben eine einfache graphisch-interaktive

Modellerstellung auch für die Simulation.

Alle diese Punkte zusammengenommen lassen es naheliegend erscheinen, typische und häufig wiederkeh-rende Standardberechungen von zentralen Berechungsabteilungen in die Konstruktionsabteilungen zu ver-lagern. Vorteile dieses Ansatzes sind:• die Wege zwischen Konstruktion und Berechnung sind kurz, Bauteilwissen ist vorhanden, andere kon-

struktive Randbedingungen sind unmittelbar bekannt,• die zentrale Berechnung wird von Standardfragen entlastet und kann vermehrt komplexe Berechnungen

und Methodenentwicklung durchführen,• durch die Berechnung wird der Konstruktionsarbeitsplatz weiter aufgewertet und bietet den Mitarbeitern

bessere Entwicklungsperspektiven.Dem stehen auch Nachteile gegenüber:• Für Berechnungsaufgaben ist Erfahrung notwendig, die man nur sammeln kann, wenn man ständig

Berechnungen durchführt. Dies ist in Kontruktionsabteilungen oft nicht möglich.• die Querinformation und der Erfahrungsaustausch zwischen dezentralen Berechnern ist schwierig,

FORSCHUNGSVEREINIGUNG PATAUTOMOBILTECHNIK EV *+* •


• die laufende Betreuung und Fortbildung von dezentral arbeitenden Berechnungsingenieuren ist aufwen-dig.

Durch organisierte interne Treffen und Kontakte können diese Nachteile gemildert werden.

Folgende Punkte haben für eine sinnvolle Anwendung der Finite-Elemente-Methode direkt in der Entwick-lungsabteilung Bedeutung:• FEM- und CAD-System haben eine einheitliche Benutzeroberfläche,• die Bedienungs-Menüs sind strukturiert und haben eine intuitive Benutzerführung,• sinnvolle Voreinstellungen des Systems erleichtem den Zugang,• Basis für Material, Lasten und Randbedingungen ist die Geometrie, nicht Elemente und Knoten,• für die Berechnung unwichtige Details lassen sich einfach ausblenden, ohne sie zu löschen,• die Netzgenerierung erfolgt automatisch und zuverlässig,• die Rechenzeit für die FEM-Analyse ist möglichst niedrig,• die Güte der Ergebnisse läßt sich einfach ermitteln und darstellen, so daß der Anwender einschätzen

kann, inwieweit zahlenmäßige Aussagen gültig sind.• um eine gewünschte Ergebnisqualität zu erreichen, kann der Benutzer Einstellungen wie z.B. Netzfein-

heit beeinflussen. Optimal ist, wenn die Software dies auf Wunsch automatisch durchführen kann.• FEM-Definitionen bleiben bei Änderungen in der CAD-Geometrie erhalten bzw. werden assoziativ mit-

geführt.

Diese Punkte bildeten die Grundlage für eine Bewertung der untersuchten Systeme. Ihre Wichtigkeit kannfallweise unterschiedlich beurteilt werden.

4 Allgemeine Erkenntnisse

Probleme bereits bei der CAD-Modellierung

Nur bei vier der sechs betrachteten Systeme klappte die Geometrie-Modellierung auf Anhieb. Bei AutodeskMechanical Desktop und CADDS5 war insbesondere die Freiformfläche Quelle von Problemen. Sie ließsich gar nicht oder nicht genau nach den Vorgaben erzeugen. Für die FEM-Berechnung wurde bei Auto-desk ersatzweise das Volumen ohne Freiformfläche vernetzt und berechnet, bei CADDS hat die Freiform-fläche einen Längsknick. Die Vorgehensweise der Systemanbieter bei der CAD-Modellierung reichte voneinem sehr geometrisch orientierten Aufbau mit sukzessivem Verschneiden und Verschmelzen von Basis-geometrie (CATIA) bis zu einer vollständigen Beschreibung durch parametrische Skizzen und Features(Pro/Engineer). Das Ausblenden der nicht benötigten Verrundung verlief meist problemlos, insbesondere,wenn sie relativ spät erzeugt wurde. Bei Autodesk Mechanical Desktop und CADDS5 konnte die Rundungnicht ausgeblendet werden. Auch eine nachträgliche Umordnung der Features bei CADDS5 scheiterte.Autodesk Mechanical Desktop verfügte in der getesteten Version nicht über diese Funktionalität. Über dieerrechnete Masse der Volumenmodelle erfolgte eine erste Prüfung (siehe Tabelle 1). Bedingt durch dieFreiformfläche differieren die Massen der Bauteile leicht.

SystemAutodesk Mechanical DesktopCADDS5CATIAI-DEASPro/EngineerUnigraphics

Aus Volumenmodell berechnete Masse [g]1238 r

1233'1230126012371238

Autodesk konnte das Volumenmodell erst in der Nachfolgeversion V1.2. korrekt erzeugen, Masse wurde nachgeliefert,

bei CADDS5 entsprach die Freiformfläche nicht der Spezifikation (Längsknick)

Tabelle 1: Vergleich der berechneten Massen.

FORSCHUNGSVEREINIGUNG FATAUTOMOBILTECHNIK EV • " i


Automatische Vernetzung nicht stabil

Die automatische Vernetzung der CAD-Geometrie war auf Anhieb nur in vier Fällen erfolgreich. Bei CADDSund Pro/Engineer scheiterte die Vernetzung des ersten Modells. Für einen nicht sehr versierten Anwendergibt es keine unmittelbare Abhilfe, da gute Möglichkeiten zur Diagnose, Eingrenzung und Behebung desProblems fehlen. Die unzureichenden Fehlermeldungen, die unten angesprochen werden, sind hier eingroßes Problem. Für die Praxis in einer Konstruktionsabteilung ist eine Abhilfe, bei der ein Spezialist intuitivrichtig die Freiformfläche splittet und es danach problemlos funktioniert (Pro/Engineer), nur sehr einge-schränkt brauchbar. Bei CADDS5 konnte während des Besuchstages überhaupt keine Vernetzung durch-geführt werden, jede probierte Einstellung der Parameter scheiterte. Daher wurde nur ein Teilmodell(rechter Arm mit Platte) vernetzt.

Unbrauchbare Default-Einstellungen

In keinem einzigen Fall waren die Voreinstellungen (Defaults) der Systeme vollständig brauchbar. So wer-den z.B. bei CADDS5, CATIA und Unigraphics defaultmäßig lineare Tetraederelemente verwendet, die inder Berechnung viel zu niedrige Bauteilspannungen ergeben (Details siehe unten). Offenbar sind dieseSysteme eher auf kleine Gleichungssysteme und damit kurze Rechenzeiten als auf genaue Ergebnisseausgelegt. Das FEM-Modul Design Space in Autodesk Mechanical Desktop erzeugte zwar parabolischeTetraeder, aber für alle Vorgaben des Benutzers (nicht nur in der Default-Einstellung) ein viel zu grobesNetz. Bei I-DEAS funktioniert die Vernetzung nur, wenn die Einstellung „mesh improvement" gewählt wird.Das dann erzeugte Netz war für die Berechnung wegen verzerrter Elemente jedoch immer noch unbrauch-bar, so daß noch „tetra fix" aktiviert werden mußte. Offen bleibt, warum diese unerläßlichen Einstellungennicht gleich als Default vorgegeben werden. Positive Ausnahme war hier Pro/Engineer, dessen FEM-ModulPro/Mechanica die p-Methode verwendet, bei der durch automatische Anpassung des Polynomgrades guteModellgenauigkeit bereits mit den Default-Vorgaben erreicht wurde. Leider scheiterte hier im ersten Ver-such die automatische Vernetzung.

Unzureichende Fehlermeldungen

Fehler, die bei der Vernetzung oder Berechnung auftreten, werden dem Benutzer nur in unvollkommenerWeise gemeldet. Teilweise ist detektivischer Spürsinn beim Auffinden passender Log-Files und bei derInterpretation von Meldungen wie „could not create elements on all of the selected geometry"(Pro/Engineer) gefragt. Diese Erkenntnis zog sich quer durch alle untersuchten Systeme. Offensichtlichwird das Auftreten von Fehlern seitens der Systementwickler beharrlich ignoriert. Das Fehlerhandling mußin der Softwareentwicklung einen erheblich höheren Stellenwert erhalten.

Keine optimale Stabilität der Systeme

Mehrfach traten Abstürze der Systeme auf, in einem Fall (I-DEAS) ließ sich nicht einmal eine zwischenge-speicherte Modellversion weiter bearbeiten und die Arbeit mußte vollkommen neu begonnen werden.

Kein einheitliches Bild beim Bedienungskomfort

Das Thema Bedienungskomfort gibt immer Anlaß zu Diskussionen, da hier subjektive Eindrücke eine we-sentliche Rolle spielen. Auch in der Arbeitsgruppe wurde diese Thematik lange diskutiert. Die unterschiedli-chen Menüstrukturen wie „pop up", „pull down", Icons oder Befehlszeilen lassen sich nicht objektiv verglei-chen. Der persönliche Erfahrungshintergrund und Vorlieben der Anwender sind hier zu unterschiedlich.Einen gewissen grundsätzlichen Vorteil hat hier lediglich Autodesk Mechanical Desktop, das die Windows-Gestaltungsrichtlinien einhält und damit im Windows-Umfeld eine relativ intuitive Bedienung erlaubt. Nichtakzeptiert wurde von den meisten Mitgliedern, wenn Anwender für Standardaufgaben wie die Darstellungder von-Mises-Spannung zahlreiche verkettete Menüs durchlaufen müssen (I-DEAS). Völlig unakzeptabelist es, wenn die Antwortzeiten für einfache interaktive Operationen wie das Drehen eines vernetzten Mo-


Finite-Elemente-Berechnung mit 3D-CAD-Systemen

FATSeite 5

dells oder das Löschen von Elementen mehrere Minuten betragen und den gesamten Arbeitsspeicher desRechners beanspruchen (Unigraphics).

5 Vergleich der Systeme

5.1 Verwendete Hardware

Die beim Benchmark verwendete Hardware konnte von den Systemanbietern frei vorgegeben werden.Wenn man davon ausgeht, daß die Anbieter sinnvolle Hardware einsetzen, ist dies gleichzeitig ein Hinweisauf eine für das jeweilige System gut geeignete Konfiguration. Auffallend waren erhebliche Unterschiede,speziell bei der Ausstattung der Maschinen mit Arbeitsspeicher. Der direkte Vergleich von Rechenzeitenwird durch diese sehr unterschiedliche Ausstattung erheblich erschwert.

System

Autodesk Mechani-cal Desktop

CADDS5

CATIA

I-DEAS

Pro/Engineer

Unigraphics

CPU

Pentium Pro 200

HPC110

IBM 3AT

SGI R10000

SGI R10000

SGI R4400

Memory[MB]

128

512

128

256

640

128

Grafik

ELSA Gloria 8MB

Visualize 24

GT4xi

High Impact

Maximum Impact

Maximum Impact

Betriebssystem

Windows NT 4.0

HP-UX 9.07

AIX 4.1.4

IRIX6.2

IRIX 6.2

IRIX5.3

Tabelle 2: Verwendete Hardware.

5.2 Erste Berechnung

Die erste Berechnung erfolgte mit den Defautt-Einstellungen der Systeme, speziell hinsichtlich Elementtypund Netzfeinheit. Ausnahme ist I-DEAS, wo die Berechnung nur nach Änderung der Einstellungen zu „meshimprovement" und „tetra fix" durchgeführt werden konnte. In Tabelle 3 sind Daten zu den so erhaltenenNetzen und Ergebnissen zusammengestellt, in Bild 2 sind die erzeugten FEM-Netze zum Vergleich darge-stellt. Die maximale Vergleichsspannung bezieht sich auf die Ausrundung am unteren Ende des freienArms. Nur Pro/Engineer lieferte in der ersten Berechnung das vorab mit einem sehr detaillierten ABAQUS-Modell ermittelte erwartete Ergebnis. Die anderen Systeme lieferten zum Teil weniger als 50 % diesesWertes. Daß mit solchen Ergebnissen keine Aussagen zu Bauteilversagen möglich sind, versteht sich vonselbst. CATIA lieferte in der ersten Rechnung eine maximale Spannung von 156 N/mm2, allerdings an dergroßen Querbohrung. Am Ort des wirklichen Spannungsmaximums (Ausrundung am Arm) betrug der Wertnur 130 N/mm2.



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System

erwartetes Ergebnis

Autodesk MechanicalDesktop

CADDS

CATIA

I-DEAS

Pro/Engineer

Unigraphics

Anzahl derElemente

(Tetraeder)

1610 u

8494'

3924

5434 2

908 3

13580

Anzahl derKnoten

3294

2221

1275

10055

82004

3681

max. Vergleichs-spannung (v.Mises)

[N/mm2]

280

186

165

130

209

277

149

CPU-Zeit(Hardware s.o.)

[s]

2405

112

,446

75

438 6

250

reduziertes Modell, siehe Bild 2

parabolische Tetraeder

p-Elemente

Anzahl der p-Element-Gleichungen / 3 (äquivalent zur h-Element-Knotenanzahl)

elapsed time statt CPU-time

inklusive Vernetzung

Tabelle 3: Daten der ersten Vernetzung und Berechnung.



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Autodesk,Design Space

CADDS5,Stresslab

CATIA,GPS

I-DEAS Master SeriesX

Pro/Engineer,Pro/Mechanica

Bild 2! Mit den Defaultwerten der Systeme erzeugte FEM-Netze für erste Berechnung.

Unigraphics,GFEM+



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5.3 Berechnung mit dem „besten Netz"

Nach der ersten Rechnung (s.o.) wurde das FEM-Modell verfeinert. Ziel war, verläßliche Ergebnisse zuerhalten. Hierzu wurden in den verschiedenen Systeme folgende Schritte unternommen:• bei Autodesk wurde die Voreinstellung mit „Schieberegler* auf „feine Vernetzung" umgestellt,• bei CADDS5 wurden parabolische statt linearer Tetraeder verwendet,• bei CATIA wurde auf Basis der ersten Rechnung eine adapfrve Verfeinerung des Netzes durchgeführt,

die an den Stellen mit großen Spannungsgradienten zu einem sehr feinen Netz führte, außerdem wur-den parabolische Tetraeder verwendet,

• bei I-DEAS wurde eine größere Netzfeinheit gewählt („Erfahrungswert"),• bei Unigraphics wurden parabolische Tetraeder selektiert und ähnlich wie bei I-DEAS das Netz durch

Ändern eines „small feature factor" verfeinert.

System

erwartetes Ergebnis

Autodesk MechanicalDesktop

CADDS5

CATIA

I-DEAS

Pro/Engineer

Unigraphics

Anzahl der Ele-mente (Tetraeder)

2104 I J

8490 w

185792

238542

908 3

151942

Anzahl der Kno-ten

4526

12070

29510

37208

8200 4

26335

max. Vergleichs-spannung (Mises)

[N/mm2]

280

228 7

275

288

292

277

272

CPU-Zeit[s]

305 s

2081

607 6

4425 8

438 6

8300

' reduziertes Modell, siehe Bild 4parabolische Tetraederp-Elemente

4 Anzahl der p-Element-Gleichungen / 3 (äquivalent zur h-Element-Knotenanzahl)

elapsed time statt CPU-timeinklusive Vernetzung

Ergebnis der ersten Rechnung, Anmerkung s.u.

* andere Hardware mit 384 MB RAM

Tabelle 4: Daten der Vernetzung und Berechnung mit dem „besten Netz".

Nach diesen Verbesserungen liegen die Berechnungsergebnisse deutlich näher am erwarteten Wert von280 N/mm2. Lediglich bei Autodesk Mechanical Desktop (FEM-Modul Design Space) verbleibt eine größereAbweichung. Dieses Modul dient nach Aussage der Anbieter vorrangig dazu, einen Anhaltspunkt zu liefern,wo die größte Spannung liegt. Zahlenmäßige Auswertungen sind zwar möglich, aber seien nicht Schwer-punkt des Programmes. Dennoch bleibt die Gefahr, daß - einmal eingeführt - auch diese Software zu voll-ständigen FEM-Analysen herangezogen wird. Dann wird ein Effekt, dessen Auftreten bislang auch vomAnbieter nicht erklärt werden konnte, besonders problematisch: Design Space lieferte für eine mehrfachnacheinander ausgeführte identische Rechnung mehrere unterschiedliche Ergebnisse (Streuung 220 ... 280N/mm2). Bild 3 stellt die Ergebnisse der Rechnungen zusammen, die erzeugten FEM-Netze sind wie obenin Bild 4 zusammengestellt.

Das Pro/E-Ergebnis wurde durch die Wahl des zweiten Berechnungsverfahrens „multi-pass-adaptive" vali-diert. Diese Option ist mit der Auswahl eines anderen Solvers vergleichbar. Das bei dieser Rechnung er-



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zeugte Netz hatte 918 Elemente. Das System hatte 65280 Gleichungen zu lösen, was einer Knotenanzahlvon 21760 bei h-Elemeten entspricht. Die maximale von-Mises-Spannung beträgt dabei 281 N/mm2.

300

250

200

150

100

50

0a «>

o S»- m

LJ

V)c

ir iiii IIn II

QQ l (0

2 I"5

ii iii812O)

• 1. Rechnung

E3 "bestes Netz"

Bild 3: Zusammenstellung der Ergebnisse der Rechnung mit den Defaultwerten und dem „besten Netz".



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Autodesk,Design Space

CADDS5,Stresslab

I-DEAS Master Series

CATIA, GPS


Unigraphics, GFEM+

Bild 4: Nach Änderung von Systemparametern erzeugte FEM-Netze („bestes Netz").



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5.4 Zusammenfassende Bewertung der Leistungsfähigkeit

In Tabelle 5 ist eine Bewertung der Systeme nach verschiedenen Kriterien zusammengestellt. Sie basiertauf der Auswertung der Besuchsprotokolle und Diskussion in der Arbeitsgruppe. Auf eine Rangliste wurdebewußt verzichtet, da erstens nur ein einziges Modell untersucht wurde und zweitens die Gewichtung dereinzelnen Kriterien je nach Anwendung variieren kann. Die Zusammenstellung soll vorrangig Anhaltspunktefür einen Vergleich der Systeme untereinander liefern.

Geometrieerstellung mit Feature-UnterdrückungDefinition von Lasten, Randbedingungen,MaterialNetz auf Anhieb erstellt ?Aufwand für Aufbereitung, bis erfolgrei-che Rechnung möglichErgebnisgüte erste RechnungSteuerungsmöglichkeiten der Vernetzung

Aufwand bis zu .konvergenten" Ergebnis-senBenutzerführung (FEM-Modul)

Möglichkeiten der Ergebnisdarstellung(einschließlich Fehlerabschätzung)Schnittstellen zu externen FEM-Programmen (z.B. ABAQUS, ANSYS)

Untersuchte Zusatzfunktionalität

AutodeskMechanical

Desktop,DesignSpace

—

0

|akein

schlecht

—

entfällt, danicht möglich

+0

nur binär zuANSYS

CADDS5,Stresslab

—

0

neinhoch

schlecht

—

sehr hoch

—

0

0

CATIA,GPS

+0

jakein

schlecht

+gering

+++

I-DEAS

+0

iagenng

mäßig

+genng

0

++


+0

neingenng,

trickreichsehr gut

0keiner

0

0

über Pro/Meshkann ein h-

Netz erzeugtwerden

Sensitivitäts-analysen,

Optimierung

Unigraphics,GFEM+

+0

iakein

schlecht

+genng

0

0

0

Tabelle 5: Bewertung der Systeme nach Einzelkriterien

6 Fazit

Standard-FEM-Berechnungen wie im hier untersuchten Beispiel können mit den meisten Systemen erfolg-reich bewältigt werden. Damit ist die Grundvoraussetzung für den erfolgreichen Einsatz dieser Werkzeugevor Ort in der Erzeugnisentwicklung gegeben. Den in Abschnitt 3 beschriebenen Anforderungen werden dieuntersuchten Systeme jedoch nur teilweise gerecht. Der Aufwand für das Erlernen und Beherrschen derBenutzerführung ist relativ hoch. Außerdem gibt es zwei grundsätzliche Fehlerquellen: Fehler in der Model-lierung und Fehler in der Software. Modellierungsfehler wie falsche Definition von Lasten, Material undRandbedingungen oder zu grobe Vernetzung führen zu falschen Ergebnissen, die meist nur von FEM-Fachleuten erkannt werden. Der Benchmark zeigte, daß relativ häufig Fehler innerhalb der FEM-Softwareanwendung vorkommen (z.B. gescheiterte Vernetzung, verzerrte Elemente, zu wenig Speicheroder Festplatte), und diese ebenfalls Unterstützung durch versierte Experten erfordern (z.T. wegen man-gelhafter Fehlermeldungen). Aus diesem Grund und wegen der unten zusammengefaßten Unzulänglich-keiten ist die fallweise Bedienung „nebenher" durch jeden Konstrukteur nicht sinnvoll. Sehr erfolgreich kanndie FEM-Anwendung innerhalb der Konstruktion jedoch dann sein, wenn:• typische häufig in ähnlicher Form wiederkehrende Standard-Berechnungen vorliegen,• die FEM-Anwender sorgfältig ausgewählt und gut eingearbeitet werden,• sowie bei der laufenden Arbeit gut unterstützt werden, z.B. durch eine zentrale Berechnungsabteilung,

die dann auch komplexere Berechnungen ausführen kann.

FORSCHUNGSVEREINIGUNG PATAUTOMOBILTECHNIK EV r I n •


Aus der Untersuchung ergeben sich folgende Anregungen an die Systemanbieter bzw. -entwicker:• bessere Default-Werte vorgeben, insbesondere parabolische Tetraeder und eine hinreichende Netz-

feinheit.• Fehlermeldungen ausführlich, verständlich und mit Hinweisen zu typischen Problemlösungen gestalten.

Auch offensichtliche Benutzerfehler wie fehlende Randbedingungen, unsinnige Lasten und Materialienerkennen und unmittelbar melden (nicht erst durch Abbruch der Berechnung).

• für zukünftige Software-Releases statt viel neuer Funktionalität lieber eine bessere Benutzerführungentwerfen. Anregungen hierzu:

• strukturierte Menüs, die sich an den üblichen Schritten der FEM-Anwendung orientieren,• prägnante Hilfetexte,• Rückmeldungen, was das Programm gerade macht und wie lange voraussichtlich eine Vernet-

zung/Berechnung noch dauern wird,• Konfigurierbare Menüs (Anfänger, Standard, Spezialist),• Anlehnung an Konventionen und Standards, z.B. wie bei Windows.



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7 Darstellung der Einzelsysteme

7.1 Autodesk Mechanical Desktop, Design Space

7.1.1 CAD-Modellierung und FEM-Preprocessing

Die Geometrieerstellung mit der Vers. 1.1 von Autodesk Mechanical Desktop konnte in akzeptablemZeitrahmen ausgeführt werden, wobei die Erzeugung des Volumenteils mit der Freiformfläche trotz mehre-rer Versuche nicht gelang. Auch bei der Gestaltung komplexerer Verrundungen zeigte das System nochSchwächen. Nachteilig wirkten sich ebenfalls die fehlenden Möglichkeiten des Umsortierens von Konstruk-tionsschritten und der Unterdrückung von für die FEM-Berechnung nicht relevanten Features aus.

Das Software-Paket Design Space ist in Autodesk Mechanical Desktop integriert und benutzt ausschließlichden iterativen Ansys-Solver mit TET1O-Elementen. Die Entwicklung des Systems wurde von vorn hereinnicht als Analysetool für den Berechnungsspezialisten sondern als 'Entscheidungshilfe für den Konstrukteur1

ausgerichtet.

Belastungen und Randbedingungen können direkt auf die Geometrie aufgegeben werden. Die Steuerungder Netzfeinheit ist nur global und in engen Grenzen möglich. Informationen über die Größe der FEM-Struktur mit Knoten- und Elementanzahl sind nicht zugänglich. Dafür kann die erzeugte Datenbasis miteiner Vollversion von Ansys eingelesen werden, um weitergehende Analysen auszuführen. Die Materialei-genschaften sind einer Datenbank zu entnehmen. Netz und Geometrie sind nicht assoziativ.

Bild 5: Benchmarkmodell in Autodesk Mechanical Desktop (mit Version 1.2 ergänzt und nachgeliefert)

7.1.2 Berechnung und Postprocessing

Das System Design Space bietet die Möglichkeit, lineare statische Bauteil-Beanspruchungen oder die er-sten 6 Bauteil-Eigenfrequenzen und -Eigenformen zu ermitteln.

Die FEM-Analysen konnten infolge der Modellierungsprobleme mit der Freiformfläche nur an einem Teil-modell ausgeführt werden. Die Rechenzeiten betrugen 4 bis 5 Minuten, je nach Vorgabe ob 'feine' oder



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'grobe' Vernetzung erwünscht wurde, wobei die Modellgröße, ermittelt aus der in Ansys eingelesenen binä-ren Datenbasis, zwischen 3000 und 5000 Knoten schwankte.

Das Postprocessing erlaubt die Darstellung von Spannungen (Normal-, Schub-, v. Mises Spannung) alsFringeplots auf die unverformte sowie auf die verformte Struktur. Die Farbskala wird automatisch mittelsder berechneten minVmax. Werte erzeugt. Es lassen sich auch mehrere nacheinander berechnete Lastfällein einem Window darstellen. Auf Grund der eingeschränkten Möglichkeiten zur Steuerung der Netzfeinheitund der Vorgabe der Analysegenauigkeit ist eine numerische Auswertung der Spannungen hinsichtlichBauteilsicherheit nicht möglich. Die berechneten v. Mises Maximalspannungen lagen zwischen 180 und230 N/mm2 und damit wegen der relativ groben Vernetzungen viel zu niedrig. Die Zone maximaler und mi-nimaler Spannung ließ sich durch einen roten bzw. blauen Punkt am FEM-Modell lokalisieren. Eine Feh-lerabschätzung der Analysegenauigkeit mit graphischer Auswertung wäre eine wünschenswerte Ergänzungdes Systems.

Bild 6: Autodesk - Space Design Ergebnis bei feiner Vernetzung (v. Mises Vergleichsspannungen in MPaauf verformter Struktur)

Wichtigste Stärken:

• Netzerstellung problemlos, schnelle Ergebnisse• Windows-konforme Oberfläche

Wichtigste Schwächen:

immer zu grobes Netz, genaue Ergebnisse nicht erzielbar, nur qualitative Aussagen möglichSchwächen in der CAD-Modellierung (Freiformfläche, Verrundungen)

FORSCHUNGSVEREINIGUNG FATAUTOMOBILTECHNIK EV " rt •


Stellungnahme des Anbieters:

Der Bericht ist aus unserer Sicht fair, wofür wir uns bedanken. Wir haben keine inhaltlichen Änderungenanzubringen.

Wir möchten aber darauf hinweisen, daß wir mit dem MSC/InCheck für Mechanical Desktop eine weitereintegrierte FEM-Applikation anbieten können. Wir würden uns sehr freuen, wenn Sie bei einem UpdateIhres Berichts dieses Produkt testen könnten. Bis zu diesem Zeitpunkt wird Mechanical Desktop auf demACIS-Kem Version 3.0 basieren, wodurch gewisse Defizite im Bereich der geometrischen Modellierungbehoben sein werden, so werden komplexere Verrundungen und z.B. Feature Reordering möglich sein.

FORSCHUNGSVEREINIGUNG FATAUTOMOBILTECHNIK EV • " •


7.2 CADDS5, Stresslab


Abgesehen von Problemen bei der Generierung der Freiformfläche stellten sich keine Schwierigkeiten beider Erstellung der Geometrie ein. Als Besonderheit fiel auf, daß bei Eingabeaufforderungen immer ein Ta-schenrechner eingeblendet wird. Das ist vorteilhaft, wenn noch irgendwelche Maße zu berechnen sind. Derteilweise Zwang zu dieser Eingabeform wurde jedoch als sehr gewöhnungsbedürftig empfunden. Auch, daßSchnitte immer in negative z-Richtung auszuführen sind, erfordert besondere Aufmerksamkeit. EineUmordnung oder Unterdrückung von (nicht FE-relevanten) Features war beim vorliegenden Modell nichtmöglich bzw. nicht erfolgreich.

Der integrierte FE-Teil (StressLab) ist in der Benutzeroberfläche angepaßt, erfordert aber für die SteuerungSpace Ball, Space Mouse oder Drehknöpfe. Lasten und Randbedingungen können wahlweise auf dieGeometrie oder auf Knoten aufgebracht werden. CAD- und FEM-Modell sind assoziativ. Die Materialdatenwerden aber nicht vom CAD-Modell übernommen.

Mit den Defaulteinstellungen (lineare Tetraeder) konnte kein Netz erzeugt werden. Die Netzfeinheit kannmanuell eingestellt werden, aber auch mit kleineren Elementlängen gelang während des Besuchstageskeine vollständige Vernetzung. Aus diesem Grund wurde das in Bild 2 und 4 gezeigte Teilmodell erstellt.Das hier dargestellte Komplettmodell wurde von CV nachgereicht. Die Netzfeinheit orientiert sich nicht aus-reichend am Bedarf. So sind viele Strukturbereiche unnötig fein diskretisiert, während an kritischen Stellen(kleine Radien, große Krümmungen, etc.) verhältnismäßig große Elemente generiert werden.

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Bild 6: Schattierte Darstellung mit Netz bei linearen Tetraedern


StressLab ermöglicht die Lösung linear statischer und linear dynamischer Probleme.

Die Berechnung mit vollständigem Netz und linearen Tetraedern zeigt die Spannungsverteilung korrekt an,die berechneten Werte sind aber erwartungsgemäß viel zu gering (Bild 7). Erst am Detailmodell mit parabo-lischen Tetraedern wird mit einer maximalen von-Mises-Spannung von 275 N/mm2 der Referenzwert (280N/mm2) annähernd erreicht. Der Zeitbedarf für Vernetzung und Berechnung ist eher groß.



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Beim Postprocessing wird sofort eine Animation gestartet, die die von-Mises-Spannungen als Contourplotüber der Verformung darstellt. Die Animation kann an geeigneter Stelle gestoppt werden. Das Auffinden derhöchstbeanspruchten Elemente mK maximalen Spannungen ist umständlich. Weitere Darstellungsmöglich-keiten einschließlich XY-Plots sind möglich.

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Bild 7: Gesamtmodell mit von-Mises-Spannungen bei linearen Tetraedern


• Animation im Postprocessing liefert anschaulichen ersten Eindruck über das Bauteilverhalten.


• Modell war während des Benchmarks nicht vollständig erstellbar,• gewöhnungsbedürftige Benutzeroberfläche.

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Finite-Eiemente-Berechnung mit 3D-CAD-Systemen Seite -|g




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7.3 CATIA, GPS


Für den Benchmarktest wurde von IBM das Modul GPS (Generative Part Stress-Analysis) eingesetzt. Die-ses Modul bietet eine Auswahl der verfügbaren FEM-Funktionalitäten speziell für die konstruktionsnaheBerechnung (für den gut eingewiesenen Konstrukteur geeignet).

Die CAD-Modellierung verlief sehr gut und war, auf das Problem angepaßt, eher geometrisch orientiert.Das Ausblenden (Inaktivieren) von Features läuft problemlos, zieht jedoch einen Update der komplettenGeometrie nach sich. Die Lasten und Randbedingungen können auf der Geometrie aufgebracht werden,das Material muß jedoch neu definiert werden. Mit GPS wird die Vernetzung als erster Schritt der Berech-nung ausgeführt, das Netz ist also erst nach der Berechnung sichtbar. Die Vernetzung mit den Default-Einstellungen war auf Anhieb erfolgreich. Es gibt hierbei gute Steuerungsmöglichkeiten. Das Übergehenvon kleine Geometrieelementen liefert ein gutes Netz ohne allzu spitze Elemente. Die adaptive Vernetzungfunktioniert sehr gut.

Eine nachträgliche Definition und Variation geometrischer Parameter ist möglich aber relativ aufwendig.Eine Optimierung war mit FR7 nicht möglich (ist bei FR8 verfügbar), es wurden jedoch Parameterstudiendurchgeführt.

Bild 7: Benchmarkmodell in CATIA


Mit CATIA-FEM (ELFINI-Solver) können folgende lineare Berechnungen durchgeführt werden: Statik; Dy-namik; Beulanalyse, Knickberechnungen; Parameterstudien. Es sind vielfältige FE-Schnittstellen vorhan-den. Die Fehlerabschätzung funktioniert gut und dient auch als Basis für eine adaptive Vernetzung. ImRahmen des Benchmarks wurden folgende Berechnungsläufe durchgeführt:



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Default-Netz mit TET4-ElementenDefault-Netz mit TET1O-Elementen (kann auch voreingestellt werden)Netz mit globaler und lokaler Elementgröße (Geometriebezogen)Netz mit adaptiver Netzverfeinerung unter Vorgabe eines max. Fehlers von 1%Sensitivitätsstudien (Variation einzellner Parameter)

Als sehr positiv ist die kurze Berechnungsdauer hervorzuheben. Die Ergebnisse können auf vielfältige Artdargestellt werden, auch als Animation. Weiterhin fanden die Menüs und die Benutzeroberfläche positivenAnklang. Als Schwachstelle ist das schlechte Defaultergebniss auch mit TET1O-Elementen anzuführen.

Bild 8: CATIA-Ergebnis mit adaptiver Vernetzung


• sehr schnell• adaptive Verfeinerung des FE-Netzes• gute Benutzerführung


• schlechtes Default Ergebnis

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1. Einsatzgebiete des CATIA Produktes "Generative Part Stress (GPS)"GPS ist das erste CATIA Programm aus einer Reihe generativer Analyseprogramme. "Generativ" bedeutet,daß Konstrukteure mechanische Eigenschaften des Teils definieren, schnell Ergebnisse erhalten und ihreKonstruktionsarbeit sofort fortsetzen können.

2. Besondere Merkmale von GPSGPS wurde speziell für Konstrukteure und für die Arbeit in ihrer Konstruktionsumgebung entwickelt und istsomit keine "abgespeckte" Version eines komplizierten FE-Programms für Spezialisten. Dementsprechendsind folgende Designziele verwirklicht:a) Einfache Bedienung durch mechanisch orientierte Dialoge, speziell für Konstrukteureb) Schneller Analyseprozeß (Definition des Netzes, Berechnung, Darstellung der Ergebnisse) und geringe

Anforderungen an die Hardware (kein FE-System!).c) Qualität und Genauigkeit werden vom Konstrukteur seinen Anforderungen entsprechend auf einfache

Art festgelegt. Die zugrundeliegende FE-Technologie ist bewährt.d) Anpassungsfähigkeit durch Default-Werte, die vom Administrator oder interaktiv vom Konstrukteur ge-

ändert werden können.

3. Bemerkungen zum vorliegenden Vergleich und AusblickDie im Test verwendeten Default-Werte (lineare Tetraeder) weichen von den Default-Werten bei Ausliefe-rung der Software (parabolische Tetraeder) ab. Mit den Default-Werten für parabolische Tetraeder wirdeine Belastung von 234 N/mm2 ermittelt, die benötigte Zeit erhöht sich. Die eingesetzte Hardware(Prozessorleistung, Hauptspeicher) war deutlich geringer ausgelegt als bei den meisten anderen Systeme.Die aktuelle CATIA Version 4.1.8 ermöglicht zusätzlich die automatische Optimierung von Teilen und "Waswäre wenn" Analysen (GPO: Generative Part Optimization). Außerdem ist jetzt ein computer-basierendesTrainingsprogramm verfügbar. Des weiteren ist geplant, ein Programm zur Ermittlung der Eigenfrequenzenzur Verfügung zu stellen.

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7.4 I-DEAS Master Series 4

7.4.1 CAD-Modellierung und FE-Preprocessing

Bei der CAD-Modellierung traten bis kurz vor Fertigstellung keine Probleme auf. Alle Features(Freiformfäche, Verrundungen, Referenzgeometrie) konnten auf Anhieb richtig erstellt werden. Skizziertwurde meist direkt auf der vorhandenen Geometrie oder auf der Workplane, aber auch das Skizzieren undBemaßen ausgehend von Hilfs- (Referenzgeometrie) wurde - zur Erstellung des schrägen Zylinders - ein-gesetzt. Die Unterdrückung von nicht FE-relevanten Features ist einfach durch Anselektieren im Modelloder im History-Tree möglich.

Als letztes Feature wollte der Bearbeiter die Längsnut erzeugen. Beim Skizzieren wurde das Maß zur Pla-zierung in Querrichtung als redundant angezeigt. Zu diesem Zeitpunkt war die Datenbasis des Modells be-reits beschädigt. Das Erzeugen der Nut war nicht mehr möglich, ebensowenig eine andere Weiterbearbei-tung des Modells. Auch das Laden des letzten abgespeicherten Modellstandes half nicht; das Bauteil mußteneu erstellt werden.

Randbedingungen können sowohl geometriebasierend als auch knotenbasierend aufgebracht werden. Da-zu ist es möglich, die Oberflächen aufzuteilen, um nur auf Teilstücke Lasten, Auflager und dergleichen auf-zubringen. Eine Aufteilung des Volumens ist ebenfalls möglich, sie wird vor allem zur Steuerung der Ver-netzung eingesetzt. Die Möglichkeiten der Vernetzungssteuerung darüberhinaus sind vielfältig (lineare -parabolische, globale und lokale Elementgröße, automatische Qualitätsverbesserung des Netzes nacheigenen Vorgaben, identische Vernetzung gleicher Oberflächen).

An diesem Bauteil wurde bis auf die automatische Netzqualitätsverbesserung mit den voreingestelltenWerten gearbeitet. Die Qualitätsverbesserung ist per Voreinstellung deaktiviert und wurde vom Bearbeitereingeschaltet, die Kriterien zur Steuerung dieser Verbesserung wurden beibehalten. Das Netz wurde aufAnhieb in kurzer Zeit erstellt. Es ist assoziativ zur Geometrie. Der voreingestellte Elementtyp sind paraboli-sche TET1O-Elemente.

Bild 11: CAD-Modell in l-DEASMaster Series 4.


Es bestehen folgene Berechnungsmöglichkeiten: Statik (linear und nichtlinear, einschließt. Kontakt), Dyna-mik (Eigenwerte), Wärmeübergang.



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Im ersten Rechenlauf wurde ein zu schlechtes Element entdeckt, die Berechnung wurde abgebrochen. DasElement wurde korrigiert, danach waren in kurzer Zeit erste Ergebnisse da (209 N/mm2 v. Mises-Spannungam Fuß des schrägen Zylinders). Zur Korrektur schlechter Elemente kann man - neben der Korrektur vonHand - unterschiedliche Algorithmen auswählen.

Eine weitere Rechnung mit einer an der kritischen Stelle vorgegebenen Netzfeinheit lieferte 274 N/mm2.Diese Rechnung wurde später nachgeholt, da die Rechnung im Benchmark wegen zu wenig Plattenplatzabbrach.

Die Darstellungsmöglichkeiten des Postprocessings sind:• line-, fringe-, contour-plots in stepped oder smooth-Darstellung auf verformter oder unverformter

Geometrie, Pfeildarstellung (z.B. für Hauptspannungsrichtungen); alles auch animiert,• xy-Plots (auch 3D-Graphen),• Beliebige Einrichtung der Farbskala und der Auswertebereiche,• Datenauswertung in beliebigen Koordinatensystemen,• Linearkombination von Ergebnissen möglich,• Generierung von neuen Datasets für die Auswertung: z.B. Fehlerabschätzung, Ergebnisgradien-

ten

Bild 12: Berechnungsergebnisse in I-DEAS Master Series 4 (erstes Netz).


• mächtiges Paket, umfangreiche Möglichkeiten,• vielfältige Schnittstellen zu anderen FEM-Programmen.


• bestimmte Lasten nur auf Knoten, nicht auf Geometrie aufzubringen,• für FEM-Einzelplatz aufwendiges Datenmanagement (Team Data Manager),• Bedienungskonzept in der Arbeitsgruppe umstritten (umfangreiche Möglichkeiten, aber viele Pop-Up-

Menüs, viele Benutzerschritte im Postprozessing).

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Pre-Processing:Die Aufgabenstellung des Anbringens einer Kraft auf einer Räche in Form eines Vektors ist mit folgenderVorgehensweise möglich: Erzeugung einer Bezugslinie über Eingabe der Komponenten als X,Y,Z-Koordinaten. Diese Bezugslinie wird als Resultierende zur Krafteinleitung verwendet.

Berechnungsgeschwindigkeit:Mit der neuen Version I-DEAS Master Series 5, freigegeben seit Juni 97, wird ein neues Lösungsverfahrenfuer linear statische Berechnungen angeboten. Verbesserungen der Berechnungszeit von Faktor 2 bis 100lassen sich bei Einsatz des diese Iterativen Solvers erreichen. Je grösser die Modelle sind, um so höhersind auch die Verbesserungen im Vergleich zu dem bisherigen Sparse Matrix Solver. Weitere Verbesse-rungen sind der geringere Bedarf an Speicherplatz und Plattenplatz. Auch ein grafischer Monitor zeigt nundie Konvergenz und die verbleibende Rechenzeit an.

Post-Processing:Um den Anforderungen nach vereinfachter Bedienung und höherer Performance bei grossen FE-Strukturengerecht zu werden, ist mit dem FE-Visualizer in I-DEAS Master Series 5 ein neues Post-Processing Moduleingef uehrt worden. Der FE-Visualizer ist parallel zu dem bisherigen Post-Processing einsetzbar, weil in deraktuellen Release nicht die volle Funktionalätsbreite, wie z.B. Animationen, abgedeckt wird. Darstellungen,wie von-Mises oder der Wechsel von unverformter auf verformte Darstellung, sind auf Knopfdruck möglich.



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7.5 Pro/Engineer, Pro/Mechanica


Die Geometrieerstellung war problemlos. Alle Features konnten sofort erzeugt werden. Basis für die Er-stellung war ein Pro/E Standardpart, in dem die drei Grundebenen definiert sind. Parallel zur Modellerstel-lung wurde eine Zeichnung generiert. Die Unterdrückung von Features für die FEM-Berechnung erfolgtedurch Anwahl der Elemente am Part.

Grundlage der FEM-Berechnung ist ein in die Pro/E-Oberfläche integriertes MECHANICA. Dabei fehleneinige Befehle aus der Toolbar (Ein- und Ausblenden von Grafikelementen, Boundary Curves, ModelSummary,...).

Die Aufbringung der Lasten, Randbedingungen und Materialeigenschaften erfolgt geometriebasiert. DieMaterialeigenschaften werden dabei nicht vom CAD-Modell übernommen. Zur Aufbringung von Teillastenauf einzelne Flächen können diese in „regions" unterteilt werden. Eine explizite Vernetzung des Modells vorder Berechnung erfolgt nicht. Man hat nur die Möglichkeit, das maximale Seitenlängenverhältnis und denmaximalen Verzerrungswinkel der Elemente vorzugeben und sieht das entstehende Netz erst beim Post-processing.

Bild 13: Benchmarkmodell in Pro/Engineer


Mit Pro/E können lineare Statikberechnungen, Modalanalysen (frei oder vorgespannt), Berechnungen imFrequenzbereich und Beulanalysen (linear) durchgeführt werden. Bei allen Berechnungsarten sind Para-meterstudien möglich, und Parameteroptimierungen können gleichzeitig verschiedene Lastfälle und bela-stungsarten berücksichtigen.

Als erster Schritt einer jeden Berechnung wird das Netz automatisch generiert. Das führt für jede Berech-nung zu einem neuen Netz. Diese Netze sind trotz gleicher Parameter leicht unterschiedlich (908 Elementebei erster Berechnung, 918 Elemente bei zweiter Berechnung, 923 Elemente bei Sensttivitätsanatyse). Beider Berechnung des ersten CAD-Modells konnte das Programm kein Netz erzeugen. Es kam zu einemAbbruch mit einer unzureichenden Fehlermeldung. Nach der Aufteilung der Freiformfläche in zwei Teilflä-

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chen entlang der Bauteillängsachse und der damit verbundenen Schaffung neuer Stützstellen für die Ver-netzung konnten folgende Berechnungen durchgeführt werden:- Statikrechnung nach dem single-pass-Verfahren (Defaulteinstellung),- Statikrechnung nach dem multi-pass-Verfahren,- Sensitivitätsstudie (Einfluß des Radius R3 am Fuß des Zylinders 015 auf die max. Spannung),- Gewichtsoptimierung mit der Nebenbedingung einer max. auftretenden Spannung auf der Basis der

CAD-Parameter.Die Rechengeschwindigkeit auf der zur Verfügung stehenden Hardware (siehe 5.1) war akzeptabel.Die bei der Berechnung erzielten Ergebnisse zeigten bereits bei den Defaulteinstellungen eine gute Über-einstimmung mit dem Referenzergebnis (280 N/mm2). Durch die p-Methode erfolgt eine automatischeFehlerabschätzung.

Die Ergebnisse können als Fringe- oder Contourplots, verformt oder unverformt dargestellt werden. Siekönnen elementbezogen oder gemittelt ausgegeben werden. Die Stellen des größten und kleinsten Ergeb-niswertes können absolut oder bezogen auf den aktuell dargestellten Ausschnitt angezeigt werden. DieFarbskala kann durch die Angabe des Maximal- und Minimalwertes angepaßt werden.

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Bild 14: Pro/Engineer-Ergebnis (multi-pass-Verfahren)


• keine Probleme mit dem CAD-Modell,• gute Ergebnisse mit geringem Aufwand (bereits mit den Defaultwerten),• assoziative Kopplung des FEM-Modells an das CAD-Modell, Parameterstudien und einfache Optimie-

rungen mit den CAD-Parametern möglich.


• Netzerstellung ist „black box", kaum Eingriffsmöglichkeiten. Wenn Vernetzung wie beim vorliegendenModell scheitert, kommt der Anwender nicht weiter,

• Modellexport, z.B. zu Programmen für nichtlineare Rechnungen, nicht möglich (bedingt durch p-Methode).

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Der FAT-Benchmark zeigt sehr realitätsnah, wie nahe die verschiedenen Systemanbieter dem Anspruchgekommen sind, ein integriertes Simulations- und Analysetool anbieten zu können. Parametric Technologyvertritt die Philosophie, daß ein System für die Anwendung in der Konstruktion (1) leicht anwendbar seinmuß, (2) die Ergebnisgenauigkeit muß sehr hoch und nachvollziehbar sein, und es muß (3) die Möglichkeitfür Parameterstudien und Bauteiloptimierung in der CAD-Umgebung gegeben sein.

Pro/ENGINEER mit Pro/MECHANICA erfüllt alle drei Anforderungen. Der Test zeigt deutlich, daß konven-tionelle Systeme unter Verwendung von Defautt-Einstellungen drastisch fehlerhafte Ergebnisse liefern kön-nen. Die manuelle Durchführung von Konvergenzstudien ist bei dem heute auf die Entwicklung lastendenZeitdruck nicht vertretbar.

Die in Pro/ENGINEER Version 17 nicht auf Anhieb zufriedenstellende Vernetzung wurde in der heute aktu-ellen Version 18 (jetzt mit deutscher Oberfläche) verbessert - die Nachrechnung des Benchmark-Teils er-gab, daß heute auf Knopfdruck ohne Nacharbeit vernetzt und berechnet werden kann.

Eine Offenheit des Systems zu anderen Berechnungssystemen ist bei Pro/ENGINEER dadurch gegeben,daß mit Pro/MESH ein h-Netz erzeugt werden kann, welches von beliebigen anderen Programmen verwen-det werden kann.

Im Rahmen des FAT-Benchmarks konnte innerhalb eines Tages nicht nur die Modellierung und Berech-nung, sondern auch „life" verschiedene Parameterstudien und eine Bauteiloptimierung durchgeführt wer-den. Nach Ansicht unseres Hauses und unserer Kunden kann ein Simulationswerkzeug den Entwicklungs-prozeß nur dann nachhaltig positiv beeinflussen, wenn ausgehend von Parameterstudien gerade in derKonzeptphase Konstruktionsentscheidungen getroffen werden. Dieser dynamische Prozeß steht im Gegen-satz zu einem statischen „Nachrechnen" von Konstruktionen.



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7.6 Unigraphics, GFEM+


Bei der Erstellung des CAD-Modells traten keine Probleme auf. Alle Elemente (Freiformfläche, Verrundun-gen) konnten sofort erstellt werden. Eine Umordnung von Features in der History war problemlos möglich.Zur Ermittlung von Maßen können einfache Formeln verwendet werden. Die Unterdrückung von nicht FEM-relevanten Features war ohne Probleme möglich.

Lasten und Randbedingungen können direkt auf der Geometrie definiert werden. Dazu können einzelneFlächen durch Linienzüge unterteilt werden. Für die Vernetzung stehen verschiedene Steuerparameter zurVerfügung (small feature factor, curvature factor). Das System hatte keine Probleme, das Teil zu vernetzen.Das mit den Defaulteinstellungen erzeugte Netz war lauffähig. Bedingt durch die Vielzahl der Steuerpara-meter erhält man ein optimales Netz für die Berechnung erst nach mehreren Vernetzungen. FEM- undCAD-Modell sind nicht assoziativ. Im 3D-Bereich können lineare (TET4) und parabolische (TET10) Tetrae-der zur Modellierung eingesetzt werden. Das Handling des FEM-Modells ist sehr schlecht. So war ein inter-aktives Drehen und Zoomen des Modells nicht mehr möglich. Die Materialdefinition von CAD- und FEM-Modell sind unabhängig voneinander.

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Bild 15: Benchmarkmodell in Unigraphics


Das System bietet die Möglichkeit, lineare Analysen (Statik, Modal, Wärmedehnung) durchzuführen.

Die Rechenzeiten waren relativ hoch. Das Ergebnis der Berechnung mit linearen Tetraederelementen zeigtdie Spannungsverteilung richtig an. Der Maximalwert der Spannung weist jedoch eine Abweichung, vonnahezu 50% zum Referenzwert (280 N/mm2) auf (siehe 5.2). In einer weiteren Rechnung mit parabolischenTetraederelementen und einem an den kritischen Stellen verfeinerten Modell wurde eine maximale von-Mises-Spannung von 272 N/mm2 ermittelt.

Das Postprocessing bietet umfangreiche Darstellungsmöglichkeiten (Contour-, Fringe- und Vektorplots).Die Ergebnisse können element- und knotenbezogen dargestellt werden. Zur Verifizierung der Ergebnisse



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kann die verformte über der unverformten Struktur dargestellt werden. Der Maximal- und Minimalwert derFarbskala kann angepaßt werden. Eine Fehlerabschätzung erfolgt nicht.

Die Auswahl des darzustellenden ResuKats ist umständlich und langwierig und die Performance bei derDarstellung schlecht. Das interaktive Drehen des vemetzen Modells ist praktisch unmöglich.

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Bild 16: Unigraphics-Ergebnis (bestes Netz)


• übersichtliche Modellerstellung und -aufbereitung, keine Probleme mit dem CAD-Modell


• schlechte Ergebnisse mit den Default-Einstellungen,

• kein assoziatives Netz (nach Änderungen der Geometrie müssen Lasten, Material und Randbedingun-gen neu definiert werden),

• schlechte Interaktiv-Performance, z.B. beim interaktiven Bewegen des Modells und beim Löschen vonElementen.



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Das im Bericht beschriebene UNIGRAPHICS-Modul GFEM+ ist in dieser Form nicht mehr komerziell ver-fügbar. Sein Nachfolgeprodukt ist das „UG-Scenario". Im Vergleich zum Vorläuferprodukt sind verbessert:

1. Funktionaler Ansatz:- UG-Scenario baut unter Nutzung von Assembly-Funktionen seperate assoziative FE-Geometriemodelle

auf (beliebige Anzahl, 4 gleichzeitig aktiv). Aufbauend auf diesen Modellvarianten werden FE-Scenarienmodelliert, gerechnet und ausgewertet.

- Alle FE-Elemente (Lasten, Randbedingungen, Netz) sind assoziativ auf dem FE-Geometriemodell.- Varianten sind ggf. untereinander assoziativ.- Optimierungen der FE-Geometriemodelle sind reimportierbar in CAD-Modelle.

2. Bedienung/ Userinterface- intuitives, icon-gesteuertes Benutzerinterface mit den Funktionsgruppen Geometrie, FE-Modellierung

und Postprocessing- neue Visualisierun in Pre- und Postprozessor (realtime Dynamics)- verbesserte Defaultsettings

- parabolische Elemente (TET10)- Element-Size nach Geometriecheck

- Fehlermeldungen und -abschätzung mit Bezug auf Problemstellen oder -vorgehensweisen.

3. Performance/ Genauigkeit- neuer 3D-Netzgenerator (Octree-Mesher von MSC) mit ca. 50% höherer Performance- verbesserte Qualitätsprüfung des FE-Modells- Fehlerabschätzung nach Solver-Run- neuer Postprozessor mit erweiterten Funktionen (MSC-lnsight), wie

- dynamische Fringes- Iso-Schalen Fringes- Mehrfachanichten- MaxVMin.-ldentifikation


Finite-Eiemente-Berechnung mit 3D-CAD-Systemen

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Anhang A: Ansprechpartner in den beteiligten Unternehmen

Robert Bosch GmbH

IVECO Magirus AG

MAN Nutzfahrzeuge GmbH

Siemens AG

Voith Turbo GmbH & Co. KG

ZF Friedrichshafen AG

Dr. Klaus-Peter Schnelle (Sprecher),Henning KreschelAbt. FV/PLI2Postfach 30024070442 StuttgartRüdiger KochAbt. ET89070 UlmJürgen HinterederAbt. TKRLDachauer Str. 66780995 MünchenDr. Detlef TeichmannAbt. ZPL1 MP4Otto-Hahn-Ring81739 MünchenHans RösleAbt. AGE89522 HeidenheimAndreas SteinertAbt. TB-188038 Friedrichshafen

Tel.(0711)811-8073Tel.(0711)811-8667Fax (0711) 811-3960E-Mail: [email protected]

Henning.Kreschel Opcm.bosch.deTe). (0731)408-4037Fax (0731) 408-4033

Tel. (089) 1580-2265Fax (089) 1580-2809E-Mail: Juergen_Hintereder@mn. man.de

Tel. (089) 636-49854Fax (089) 636-48100

Tel.(07321)37-4563Fax (07321) 37-7106E-Mail: [email protected].(07541)77-7539Fax (07541) 77-7110



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Anhang B: Daten der Anbieter der untersuchten CAD-Systeme; Listenpreise

Autodesk Mechanical DesktopVersion 1.1

Design Space

CADDS 5Version 6 1.1Stresslab 6.96CATIAVersion 4.1.7GPS

I-DEAS Master SeilesVersion 4.0

Pro/EngineerVersion 17 9641Pro/Mechanica

UnigraphicsVersion 11.1GFEM+

Autodesk GmbHHerr Lynen

Ansys Inc. EuropeSwindon UKComputervision

IBMHerr Henning KlagesAnzingerstr. 2985716 MünchenSDRC Software und Service GmbHHerr Werner KaufmannRutesheimer Straße 2470499 StuttgartPTCPetra HabererEdisonstr.885716 UnterschleißheimEDSHerr LangensiepenBissingerstr. 971634 Ludwigsburg

Tel. 089/54769-225Fax 089/54769-400E-Mail: [email protected]

Tel.FaxE-Mail:Tel. 089/4504-3175Fax 089/4504-3285E-Mail: [email protected]



Tel. 07141/2256-0Fax 07141/2256-179E-Mail:

System

Autodesk Mechanical DesktopDesign SpaceCADDS 5,StresslabCATIA,GPSI-DEAS Master Series

Pro/EngineerPro/MechanicaUnigraphics,GFEM+

benötigte Module

Mechanical Desktopnicht bekannt

Solid-Based Part Develop-mentCore Master ModelerSimulation Modeling SetSimulation Solution Set

Listenpreis in DM(Stand 1.7.97)12.500,- DM

nicht bekannt

35.270,-DM

24.700,-DM28.600,-DM26.000,-DMauf Anfrage

auf Anfrage

Wartungslistenpreis p.a. in DM(Stand 1.7.97)

nicht bekannt

4.932,-DM

3.335,-DM3.861,-DM3.510,-DM



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Anhang C: Spezifikation des Benchmark-Modells

C1: Zeichnung mit Bemaßung

I5

C2: Anforderungen an die Freiformfläche

Die Freiformfläche beginnt beim Maß 100 mm vom linken Rand und endet beim Maß 200 mm. Ihre linkeBerandung ist der Halbkreis der oberen Mantelfläche mit Radius 25 mm, ihre rechte Berandung ist einegerade Linie (Länge 50 mm) auf der horizontalen ebenen Fläche im rechten Bauteilbereich. Die beidenübrigen Randkurven verlaufen gerade in x-Richtung auf Höhe 50 mm. Die Freiformfläche geht tangential(knickfrei) in die linke Zylinderfläche und in die rechte ebene Räche über. Innerhalb der Freiformflächesollen ebenfalls keine Knicke auftreten. Der Krümmungsverlauf wird nicht vorgegeben.



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C3: Material, Lasten und Randbedingungen

DichteE-ModulQuerkontraktionszahl

p = 2800 g/dm3 = 2.8 * 10'9 t/mm3,E = 70 000 N/mm2,v = 0,33

Seitenflächefest einge-spannt

NU-:Innendruck auf diegesamte Innenfläche100 bar =10 N/mm2

Kraft auf Fläche,Vektor ( 500 N;

-250 N;250 N)

Bisher in der FAT-Schriftenreihe erschienen:

Nr.Nr.Nr.Nr.Nr.Nr.Ni

Nr.Nr.Nr.NrNrNr

123456789

10111213

Nr. 14

Nr. 15Nr. 16Nr. 17Nr. 18Nr. 19

Nr. 20Nr. 21Nr. 22Nr. 23Nr. 24Nr. 25

Nr. 26Nr. 27Nr. 28Nr. 29Nr. 30Nr. 31

Nr. 32Nr. 33Nr. 34Nr. 35Nr. 36

Nr. 37Nr. 38Nr. 39

Nr. 40Nr. 41

Nr. 42Nr. 43Nr. 44

Nr. 45

Nr. 46

Nr. 47Nr. 48Nr. 49Nr. 50

Nr. 51Nr. 52Nr. 53Nr. 54

Nr. 55Nr. 56Nr. 57Nr. 58Nr. 59Nr. 60

Nr. 61

Nr. 62

Nr. 63

Nr. 64Nr. 65

Nr. 66Nr. 67

Nr. 68Nr. 69Nr. 70

Nr. 71

Immissionssituation durch den Kraftverkehr in der Bundesrepublik Deutschland vergriffenSystematik der vorgeschlagenen Verkehrslenkungssysteme vergriffenLiteraturstudie über die Beanspruchung der Fahrbahn durch schwere Kraftfahrzeuge DM 30,-Unfallforschung / Westeuropaische Forschungsprogramme und ihre Ergebnisse / Eine Übersicht vergriffenNutzen/Kosten-Untersuchungen von Verkehrssicherheitsmaßnahmen DM 60,-Belastbarkeitsgrenze und Verletzungsmechanik des angegurteten Fahrzeuginsassen vergriffenBiomechanik des Fußgängerunfalls DM 30,-Der Mensch als Fahrzeugführer vergriffenGüterfernverkehr auf Bundesautobahnen DM 50,-Recycling im Automobilbau - Literaturstudie vergriffenRückführung und Substitution von Kupfer im Kraftfahrzeugbereich DM 50,-Der Mensch als Fahrzeugführer DM 50,-Sicherheitsmaßnahmen im StraßenverkehrSammlung, Beschreibung und Auswahl für die Anwendung der Nutzen/Kosten-Analyse DM 60,-Tierexperimentelle und epidemiologische Untersuchungen zur biologischen Wirkung von Abgasenaus Verbrennungsmotoren (Otto- und Dieselmotoren) - Literaturstudie DM 60,-Belastbarkeitsgrenzen des angegurteten Fahrzeuginsassen bei der Frontalkollision DM 50,-Güterfernverkehr auf Bundesautobahnen - Ein Systemmodell, 2. Teil DM 50,-Ladezustandsanzeiger für Akkumulatoren vergriffenEmission, Immission und Wirkung von Kraftfahrzeugabgasen vergriffenSicherheitsmaßnahmen im StraßenverkehrErgebnisse einer Nutzen/Kosten-Analyse von ausgewählten Maßnahmen vergriffenAluminiumverwendung im Automobilbau und Recycling vergriffenFahrbahnbeanspruchung und Fahrsicherheit ungelenkter Dreiachsaggregate in engen Kurven DM 50,-Umskalierung von Verletzungsdaten nach AIS - 80 (Anhang zu Schrift Nr. 15) DM 50,-Grundlagen und Möglichkeiten der Nutzung sprachlicher Informationssysteme im Kraftfahrzeug DM 50,-Altteileverwendung im Automobilbau vergriffenEnergie für den Verkehr - Eine systemanalytische Untersuchung der langfristigen Perspektivendes Verkehrssektors in der Bundesrepublik Deutschland und dessen Versorgung mit Kraftstoffenim energiewirtschaftlichen Wettbewerb - vergriffenWirtschaftlichkeit des Einsatzes von Aluminium im Lkw-Bau vergriffenÄußere Sicherheit von Lkws und Anhängern vergriffenDämpfung und Tilgung von Torsionsschwingungen im Triebstrang von Kraftfahrzeugen DM 50.-Wirkungsgradmessung an Getrieben und Getriebeelementen DM 50,-Fahrverhalten von Lastzügen und hierbei insbesondere von Anhängern DM 50,-Entwicklung, Aufbau und Test eines Ladezustandsanzeigegerätes für Bleiakkumulatorenin Elektrostraßenfahrzeugen DM 50,-Rollwiderstand und Lenkwilligkeit von Mehrachsanhängern mit Zwillings- und Einzelbereifung DM 60,-Fußgängerschutz am Pkw - Ergebnisse mathematischer Simulation - DM 60,-Verfahren zur Analyse von Unfallursachen - Definitionen, Erfassung und Bewertung von Datenquellen - vergriffenUntersuchungen über kraftstoffsparende Investitionsmaßnahmen im Straßenbau DM 75,-Belastbarkeitsgrenzen und Verletzungsmechanik der angegurteten Fahrzeuginsassen beim Seitenaufprall.Phase I: Kinematik und Belastungen im Vergleich Dummy/Leiche DM 60,-Konstruktive Einflüsse auf das Fahrverhalten von Lastzügen DM 50,-Studie über Energieeinsparungsgeräte zur Mitführung im Kraftfahrzeug (Bordlader) DM 30,-Grundlagen und Möglichkeiten der Nutzung sprachlicher Informationssysteme im Kraftfahrzeug- Hauptstudie - vergriffenSprachausgaben im Kraftfahrzeug - Ein Handbuch für Anwender - vergriffenAuswertung von Forschungsberichten über:Die Auswirkung der Nutzfahrzeugkonstruktion auf die Straßenbeanspruchung vergriffenFußgängersicherheit - Ergebnisse eines Symposiums über konstruktive Maßnahmen am Auto - vergriffenAuswirkungen der Nutzfahrzeugkonstruktion auf die Straßenbeanspruchung - Gesamtbericht - DM 20,-Sprachliche Informationssysteme und Anwendungsmöglichkeiten im Kraftfahrzeug- Ergebnisse eines Symposiums - DM 30,-Abgasemissions- und Kraftstoffverbrauchsprognosen für den Pkw-Verkehr in der BundesrepublikDeutschland im Zeitraum von 1970 bis 2000 auf der Basis verschiedener Grenzwertsituationen vergriffenBewertung von Personenverkehrssystemen - Systemanalytische Untersuchungen von Angebots-und Nachfrageelementen einschließlich ihrer Wechselwirkungen - vergriffenNutzen/Kosten-Analyse für einen Pkw-Frontunterfahrschutz an Nutzfahrzeugen DM 30,-Radlastschwankungen und dynamische Seitenkräfte bei zwillingsbereiften Achsen DM 40,-Studie über die Wirtschaftlichkeit von Verbundwerkstoffen mit Aluminiummatrix im Nutzfahrzeugbau DM 50,-Rechnerische Simulation des dynamischen Verhaltens von nicht stationär betriebenen Antriebenund Antriebselementen DM 250,-Simulationsmodell - Schwingungsprogramm zur Ermittlung der Beanspruchung von Antriebssträngen - DM 275,-Verwendung von Kunststoff im Automobil und Wiederverwertungsmöglichkeiten vergriffenEntwicklung eines hochgenauen, normfähigen Verfahrens zur Wirkungsgradmessung an Antriebselementen DM 160,-Erhebung und Auswertung von Straßenverkehrsunfalldaten in der Bundesrepublik Deutschland -Ergebnisse eines VDA/FÄT-Fachgesprächs DM 50,-Untersuchungen zur subakuten und chronischen Wirkung von Ottomotorabgasen auf den Säugetierorganismus DM 75,-Pilotzelle zur Steuerung von Batterien in Fahrzeugen mit Elektro- oder Elektro-Hybrid-Antrieb DM 40,-Wirkungen von Automobilabgas und seiner Inhaltsstoffe auf Pflanzen - Literaturstudie - DM 30,-Rekonstruktionen von fünf realen Seitenkollisions-Unfällen - Ergänzende Auswertung der KOB-Daten - DM 35,-Luftqualität in Fahrgasträumen vergriffenBelastbarkeitsgrenzen und Verletzungsmechanik der angegurteten Fahrzeuginsassen beim Seitenaufpral!Phase II: Ansätze für Verletzungsprädiktionen vergriffenErhebung und Analyse von Pkw-Fahrleistungsdaten mit Hilfe eines mobilen Datenerfassungssystems- Methodische und meßtechnische Ansätze für eine Pilotstudie - DM 35,-Technische Erfahrungen und Entwicklungsmöglichkeiten bei Sicherheitsgurten im Fond von Pkw- Ergebnisse eines Symposiums - DM 60,-Untersuchungen über Wirkungen von Automobilabgas auf pflanzliche Bioindikatorenim Umfeld einer verkehrsreichen Straße in einem Waldschadensgebiet vergriffenSicherheitsorientierte Bewertung von Anzeige- und Bedienungselementen in Kraftfahrzeugen - Grundlagen - vergriffenQuantifizierung der Radlastdynamik bei Einfach-, Doppel- und Dreifachachsen in Abhängigkeitvon Federungs- und Dämpfungssystem des Fahrzeugs DM 30,-Seitenverkleidung am Lkw - Technische Analyse DM 50,-Vorstudie für die Durchführung von Tracermessungen zur Bestimmung von Immissionskonzentrationendurch Automobilabgase DM 30,-Untersuchung fahrdynamischer Eigenschaften kurzgekuppelter Lastzüge bei Kursänderungen DM 85,-Abschlußbericht der Pilotstudie zum Fahrleistungspanel „Autofahren in Deutschland" vergriffenHerstellung und Analyse charakteristischer Abgaskondensate von Verbrennungsmotorenfür die Untersuchung ihrer biologischen Wirkung bei nichtinhalativen Tests DM 55,-Bewertung von Personenverkehrssystemen -Teil II: Auswirkungen aus Angebots- und Nachfrageänderungen im Personenverkehr DM 65,-

Bisher in der FAT-Schriftenreihe erschienen:

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Untersuchung über das Emissionsverhalten der Leichtmüllfraktion aus Autoshredderanlagen beim VerbrennenVerletzungsfolgekosten nach StraßenverkehrsunfällenSicherheitsorientierte Bewertung von Anzeige- und Bedienelementen in Kraftfahrzeugen- Empirische Ergebnisse -Retrospektive Untersuchung über die innere Sicherheit von Lkw-FahrerhäusernAufbau und Labortest eines wartungsarmen, sich selbst überwachenden Batterieaggregatesfür Straßenfahrzeuge mit Elektro- und Elektro-Hybrid-Antrieb - Vorbereitende Untersuchungen -Belastungsgrenze und Verletzungsmechanik des angegurteten Pkw-Insassen beim 90-Seitenaufprall -Phase III: Vertiefende Analyse der überarbeiteten und zum Teil neu berechneten Heidelberger-Seitenaufprall-DatenErmittlung von ertragbaren Schnittkräften für die betriebsfeste Bemessung von Punktschweißverbindungenim AutomobilbauVerhalten des EUROSID beim 90 -Seitenaufprall im Vergleich zu PMTO sowie US-SID, HYBRID II und APRODDemontagefreundliche Gestaltung von Automobilen - Teil IGrundlagenuntersuchung zum Einfluß der Sonneneinstrahlung auf die thermische Behaglichkeitin KraftfahrzeugenEinsatz von Retardern in der Betriebsbremsanlage von Nutzfahrzeugen - Zweiachsiges Fahrzeug - Zwei Bände -Belastungen und Verhalten des EUROSID bei unterschiedlichen Prüfverfahren zum SeitenaufprallKosten einer kontinuierlichen Pkw-FahrleistungserhebungAuswirkungen der Nutzfahrzeugkonstruktion auf die StraßenbeanspruchungSeitenkräfte an Mehrfachachsen von Sattelanhängern bei Kurvenfahrt und durch SpurrinnenVerfahren zur Umwandlung polymerer Mischabfälle aus der Autositz-Produktion in PolyoleMethoden zur Vorausberechnung der Faserorientierung beim Pressen von SMC mit geschnittenen GlasfasernTeil I: Unverrippte BauelementeTeil II: Verrippte Bauelemente

Fahrzeugerprobung eines wartungsarmen BatterieaggregatesGrundsatzuntersuchungen zum Festigkeitsverhalten von Durchsetzfügeverbindungen aus StahlFahrverhalten von Lkw mit ZentralachsanhängernDer Fahrer als adaptiver ReglerEinfluß realer Betriebsverhältnisse auf die Reproduzierbarkeit von Wirkungsgradbestimmungen an nichtstationär betriebenen GetriebenMobilität - Automobil - EnergiebedarfRationalisierungspotentiale im Straßenverkehr IAbschlußbericht „Einsatz von Retardern in der Betriebsbremsanlage von zweigliedrigen Lastzügen"Vermessung des 50%-Hybrid III Dummy zur Ermittlung eines verbesserten Datensatzes für CrashsimulationenErfassung des Wissensstandes über Reifen-/Fahrbahngeräusche beim NutzfahrzeugZusammenhang zwischen Wetterbedingungen und VerkehrsunfällenUntersuchung von Unternehmensstrukturen und Bestimmung der technischen Leistungsfähigkeit modernerAltautoverwerterbetriebeDemontage und Verwertung von Kunststoffbauteilen aus AutomobilenDie elektromagnetische Umwelt des KraftfahrzeugsEinfluß der Zerspanung auf die Bauteilbetriebsfestigkeit unter Berücksichtigung des HartdrehensVermessung von 5%-, 95%-Hybrid IM und US-SID Dummies zur Ermittlung von Datensätzen fürCrashsimulationenAntriebe für ElektrostraßenfahrzeugeEinsatz von Retardern in der Betriebsbremsanlage von dreigliedrigen LastzügenFestigkeits- und Steifigkeitsverhalten von dünnen Blechen mit SickenFrontunterfahrschutz an LkwBewertung der Aussagefähigkeit von Seitenaufprallversuchen mit GanzfahrzeugenEinfluß der Sonneneinstrahlung auf die thermische Behaglichkeit in KraftfahrzeugenSchädigungsmechanismen bei kreuzverzahnten FlanschverbindungenErmittlung ertragbarer Beanspruchungen am Schweißpunkt auf Basis der übertragenen SchnittgrößenBewertung epidemiologischer Untersuchungen über Dieselmotorenabgas und Lungen- und BlasenkrebsGesamtwirtschaftliche Bewertung von Rationalisierungsmaßnahmen im StraßenverkehrThe Effects of Diesel Exhaust Emissions on HealthUntersuchungen zur inneren Sicherheit von Lkw-FahrerhäusernErmittlung fertigungstechnischer und konstruktiver Einflüsse auf die ertragbaren Schnittkräftean DurchsetzfügeelementenEnergienutzungsgrade für elektrische BordnetzversorgungseinheitenLaserschweißgerechte Konstruktion und Fertigung räumlicher KarosseriebauteileErmittlung von m-Schlupf-Kurven an Pkw-ReifenKompatibilität des Bremsverhaltens von Zugfahrzeug-Anhänger-KombinationenLungenkrebs durch Dieselabgase in der Atemluft?Untersuchungen zur inneren Sicherheit von KraftomnibussenRAMSIS - ein System zur Erhebung und Vermessung dreidimensionaler Körperhaltungenvon Menschen zur ergonomischen Auslegung von Bedien- und Sitzplätzen im AutoPartikelimmission: Quellen, Ausbreitung, Umwandlung - Literaturstudie -Bewertung des Güterfernverkehrs auf Straße und SchieneUrsachen unterschiedlicher Reifen-Fahrbahn-Geräusche bei unterschiedlichen MeßverfahrenBlickbewegungsmessung als Werkzeug für die Gestaltung und Bewertung von bord- und straßenseitigenInformationssystemen für den KraftfahrerLebensdauer von Blechen mit SickenInhomogene Spannungsverteilung in einsatzgehärteten Stählen unter mehrachsiger BeanspruchungZur Verletzungsmechanik und Belastbarkeit der unteren Extremität, insbesondere des Fußes .Analyse Kfz-relevanter Immissionen in innerstädtischen Verkehrs- und GrünflächenBatteriemanagementsysteme für ElektrostraßenfahrzeugeOzon und Großwetterlagen: Analyse der Abhängigkeit der bodennahen Ozonbelastung vonmeteorologischen Parametern im Großraum MünchenMeßverfahren für Kräfte und Momente an strich- und punktgeschweißten ÜberlappverbindungenMathematische Nachbildung des Menschen - RAMSIS 3D Softdummy -Anwendung brennbarer Kältemittel in AutoklimaanlagenEntwicklung von Finite Element Seitencrash-Dummys: Ein Beitrag zur effizienten InsassensimulationErmittlung ertragbarer Beanspruchungen an Aluminium-Punktschweißverbindungen auf Basis der SchnittkräfteSubjektive und objektive Beurteilung des Fahrverhaltens von PkwFinite-Elemente-Berechnung mit 3D-CAD-Systemen - eine vergleichende Untersuchung

vergriffenDM 95, -

vergriffenDM 90,-

DM 20,-

DM 25,-

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DM

85,-ariffengriffen

50,-110,-85,-45,-

40,-vergriffen

DM 85,-vergriffenDMDMDM

DM

65,-65,-8 5 -

60,-vergriffenvercDM

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vergriffenDMDM

DMDMDMDM

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50,-50,-

35,-5 0 -

1 7 0 -95,-

30, -6 0 -40 , -95,-45,-35,-8 5 -

DM 320,-DM 380,-DMDMDMDM

DMDMDMDMDMDMDM

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25,-95,-30, -85,-

90,-30, -95,-9 5 -85,-

140,-70,-

210.-55,-40, -

110,-

vergriffenDMDMDMDMDM

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85,-75,-50, -85,-60, -

60, -95,-25, -60,-30 , -6 5 -95,-25,-

cd schriften reihe nr. 140 - vda.de 140... · mit dem hier beschriebenen benchmark sollte anhand...

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