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Optimierung eines Seitenschutz Ersatzmodells mittels Sensitivitätsstudie und adaptiven Response Surface Methoden
Weimarer Optimierungs- und Stochastiktage 3.0, 23./24. November 2006, Weimar
Viorel Ionescu (BMW Group)Stephan Blum (DYNARDO GmbH)
Inhalt
• Einführung
• Crashsimulation mit ABAQUS/Explicit
• Seitenaufprall Ersatzmodell
• Sensitivitätsstudie
• Optimierung
• Zusammenfassung / Ausblick
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Anforderungen Insassenschutz
• Passive Sicherheit dient zum Schutz des Fahrzeuginsassen vor ernsten Verletzungen im Fall eines Fahrzeugaufpralls
• Anforderungen bezüglich Frontaufprall, Seitenaufprall, Heckaufprall, Fußgängerschutz, etc.
• wachsende Zahl der Vorschriften durch Gesetzgeber und Verbraucherschutz
• unterschiedliche Anforderungen in Europa, USA oder Japan
• kurze Entwicklungszyklen und wechselnde Anforderungen machen die virtuelle Produktentwicklung unverzichtbar
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EuroNCAP
Markt Europa
Typ Barrierenaufprall
Barriere 950 kg, H=300 mm
Richtung 90° seitlich
Geschwindigkeit 50 km/h
Dummy EuroSID 2 (50%)
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IIHS
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Markt USA
Typ Barrierenaufprall
Barriere 1500 kg, H=379 mm
Richtung 90° seitlich
Geschwindigkeit 50 km/h
Dummy SID 2 s (5%)
Crashsimulation
• Zur Gewährleistung von Qualität und Zuverlässigkeit der virtuellen Auslegung passiver Sicherheitskomponenten fördert die BMW Group die kontinuierliche Weiterentwicklung von Simulationsmethoden
• Genauigkeit / Qualität der Simulationsergebnisse muss und kann verbessert werden
• Anforderungen an Software für die Crashsimulation:
Zuverlässigkeit, hohe Qualität der Simulationsergebnisse
motivierte und kompetente Softwareentwickler
Weiterentwicklung der Simulationsmethoden
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Vorteile
• Kontakte basieren auf einem vereinheitlichten Kontakt-algorithmus; einfache Definition komplexer Kontaktbedingungen möglich
• Konnektorelemente bieten fortgeschrittene Möglichkeiten, mechanische Analyse und dynamische Mehrkörpersimulation für starre und flexible Körper durchzuführen
• numerische Robustheit (keine Anpassung numerischer Parameter durch den Benutzer)
• Reproduzierbarkeit der Simulationsergebnisse
ABAQUS/Explicit
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Seitenaufprall Ersatzmodell
• Verwendung eines vereinfachten Schlittenmodells
• Modellierung einer generischen Seitenverkleidung aus fünf Starrkörperelementen
• Deformationsverhalten der Seitenverkleidung wird durch Konnektorelemente mit bestimmten Steifigkeitsfunktionen abgebildet
• Verwendung eines aktuellen Thorax-Pelvis Airbags
• resultierende Dummykinematik ist vergleichbar mit realen Seitenaufprall Tests
AufgabenstellungEuroSID 2 Dummy
SID IIs Dummy
• Optimierung der Form und Steifigkeit der Seitenverkleidung und Airbagparameter bezüglich der Einhaltung der Grenzwerte der Verletzungskriterien für die Lastfälle EuroNCAP und IIHS
• Für jedes Design müssen beide Lastfälle mit dem zugehörigen Dummymodell (EuroSID 2 / SID IIs) berechnet werden
• Ziel: Parameterkonfiguration, bei der für beide Lastfälle alle Grenzwerte eingehalten werden
Optimierung Seitenschutz Ersatzmodell 9
Sensitivitätsanalyse
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Variable Referenzwert Untere Grenze Obere Grenze
massflow_scaleSkalierungsfaktor Massenstrom
1.0 0.9 1.1
ZZPZündzeitpunkt Airbag
0.005 0.0 0.005
Vent_Ch1Skalierungsfaktor
0.6 0.45 0.75
Vent_Ch6Skalierungsfaktor
0.8 0.6 1.0
thorax_posThorax Barrierenposition
-20 -20 0
abdomen_posAbdomen Barrierenposition -120 -120 -50
pelvis_posPelvis Barrierenposition
50 0 50
abdom_forceAbdomenbarriere Maximalkraft
3000 1500 4500
head_forceKopfbarriere Maximalkraft
2000 1000 3000
bein_forceBeinbarriere Maximalkraft
2000 1000 3000
pelvis_forcePelvisbarriere Maximalkraft
8000 4000 9000
thorax_forceThoraxbarriere Maximalkraft
2000 1000 3000
velocityAnfangsgeschwindigkeit
-8000 -9000 -6000
Variation der Responses
EuroSID 2 Dummy SID IIs Dummy
• Die Zielwerte der Antwortgrößen sind in den Variationsbereichen der Sensitivitätsstudie enthalten (Ausnahme: UPR_RIB_DEFL EuroSID 2)
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Korrelationsanalyse
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• Von den 13 variierten Parametern besitzen nur 6 nennenswerte Korrelationen zu den Antwortgrößen
Bestimmtheitsmaße
• Die Bestimmtheitsmaße der einzelnen Antwortgrößen zeigen die für die Variation der Antworten wichtigen Eingangsparameter
⇒ Reduktion des Optimierungsproblems auf 6 Designvariablen
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Startpunkt der Optimierung
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• Auswertung der Zielfunktion für alle berechneten Designs der Sensitivitätsstudie
• Auswahl des Best Design als Startpunkt der Optimierung (objective = 1.0368)
Ergebnis ARSM
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• Optimierung mittels Adaptiver Response Surface Methode (ARSM)
• Es konnte eine Verbesserung bezüglich der Zielfunktion erreicht werden (1.0368 → 1.0106)
• Für die Antwortgröße UPR_RIB_DEFL des EuroSID2 Dummy konnte keine Konvergenz zum zulässigen Grenzwert erzielt werden.
Ergebnis ARSMStart Ergebnis
• Konvergenz der Optimierungs-parameter durch adaptive Anpassung des Designraumes
• Optimierte Geometrie der Seitenverkleidung führt zu verbesserter Belastung des Dummy
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Zusammenfassung
• Anhand eines vereinfachten Schlittenmodells konnte prinzipiell gezeigt werden, dass die Optimierung eines Seitenaufprall Modells bezüglich der Einhaltung der Grenzwerte unterschiedlicher Lastfälle möglich ist.
• Die Varianzschätzung der Sensitivitätsstudie gibt bereits Aufschluss über das Optimierungspotenzial.
• In einem nächsten Schritt soll die beschriebene Vorgehensweise an Substruktur-Modellen realer Fahrzeugumgebungen verifiziert werden.
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