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Technische Berechnung und Simulation

Mit unseren umfassenden Kompetenzen in der Technischen Berechnung & Simulation bringen wir Ihr Produktkonzept schnell und kostengünstig zur Serienreife. Die Vielzahl an hoch gesteckten Produkteigenschaften sowie stetig kürzeren Entwicklungszyklen erfordern von Beginn an den Einsatz von effizienten CAE-Werkzeugen und erfahrenen Spezialisten. In der Technischen Berechnung & Simulation sichern wir höchste Verlässlichkeit in der virtuellen Entwicklung. Von der CAE-getriebenen Bauteilentwicklung, über die Gewichtsoptimierung, bis hin zur komplexen Systemanalyse befinden Sie sich bei uns in besten Händen.

Unsere Leistungsschwerpunkte:

Passive Sicherheit

Entwicklung von Passiver Sicherheit bedeutet die Auslegung von Fahrzeugen hinsichtlich einer maximalen Abmilderung von Unfallfolgen für Fahrzeuginsassen, Unfallgegner oder sonstiger Verkehrsteilnehmer. Ein hohes Maß an Passiver Sicherheit wird erreicht durch einen maximalen Energieverzehr in der Karosserie, durch aufeinander abgestimmte Rückhaltesystemen, sowie durch eine entsprechende Interieurgestaltung. Die Passive Sicherheit ist in diesem Sinne eine Gesamtfunktion des Fahrzeugs, welche durch ein optimales Zusammenspiel aller beteiligten Baugruppen zu lösen ist.


Modellerstellung

Grundlage einer qualitativ hochwertigen und aussagekräftigen Analyse ist ein zugrunde liegendes Finite-Element-Netz. Unsere Expertise umfasst nachfolgende Aufgabenstellungen und Wirkungsbereiche.

Aufgabenstellung :

  • Auf Basis von CAD-Daten aller Formate werden die Modelle hauptsächlich in ANSA, Hypermesh aufgebaut
  • Aufbau einfacher bis komplexer Mittelflächen- und Volumenmodelle für Nastran, Abaqus, PamCrash, LsDyna, CFD, …
  • Variantenerstellung nach Absprachen, Skizzen
  • Zusammenbau und Aufrüstung mittels RBE, Balken, Einspannungen, Kräften, Kontakten, ….
  • Anrechnen der Modelle für den Lauffähigkeitsnachweis
  • Derivateentwicklung durch Morphing (Dehnen/Stauchen der Bauteile)
  • Methodenthemen zu Spezialabbildungen

Wirkungsbereich:

  • Gesamtfahrzeuge in der Fahrzeugentwicklung: Rohbaustruktur, Türen, Klappen mit vollständiger Verbindungstechnik
  • Interieur Bauteile:  Sitz, Instrumententafel, Mittelkonsole, Türverkleidung, Himmel,...
  • Exterieur Bauteile: Achsträger, Motor, Getriebe, HV-Speicher, Abgasanlagen,….
  • Bus und LKW
  • Motorrad: Rahmen, Kunststoffanbauteile, Motorbauteile, Federung,…
  • Aerospace: Rumpfabschnitte, Belüftungssystem, Flaptracks,…
  • Schiff: Rohbaurumpf
  • Zug: Triebwagen

Steifigkeit und Festigkeit

Eine effiziente Struktur erfordert die frühzeitige Optimierung der grundlegenden Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit. Wir unterstützen Ihre Entwicklung mit fundiertem Know-how und in allen gängigen Entwicklungsumgebungen.

  • Ermittlung von linearen statischen Steifigkeiten
  • Simulation nichtlinearer Festigkeitsanforderungen
  • Topologie- und Wandstärkenoptimierung
  • Optimierung von Lagenaufbauten in Composite-Strukturen
  • Fügekonzepte im Materialmischbau

Wir unterstützen ihre Entwicklung in folgenden Entwicklungsbereichen:

  • Antrieb und Fahrwerk
  • Karosserie und Anbauteile
  • Interieur und Verkleidungen
  • Strukturbauteile im Maschinen und Anlagenbau

Schwingungen und Akustik

Schwingungskomfort und Akustik entwickeln sich verstärkt zu Differenzierungsmerkmalen und damit steigen auch die Ansprüche stetig. Wir kümmern uns um die simulative Auslegung und Abstimmung Ihrer Komponenten und Baugruppen:

  • Simulation dynamischer Steifigkeiten
  • Modal- und Frequenzganganalysen
  • Untersuchung von Betriebsschwingungen
  • Ermittlung von Systemsensitivitäten
  • Bauteiloptimierung
  • Abstimmung von Schwingsystemen und Tilgern

Betriebsfestigkeit und Lebensdauer

Das Streben nach Gewichtsreduzierung und der effiziente Materialeinsatz führen zu wachsenden Herausforderungen in der Lebensdauerbewertung. Wir unterstützen Sie bei der optimalen Auslegung von Strukturbauteilen hinsichtlich Betriebsfestigkeit und Lebensdauer:

  • Lastdatenermittlung
  • Lastdatenanalyse
  • Ermittlung von Lastkollektiven
  • Lebensdauerauslegung von Fahrwerks- und Antriebskomponenten
  • Auslegung von Karosserie und Anbauteilen
  • Optimierung von Lastpfaden

Mehrkörpersimulationen

In der Mehrkörpersimulation unterstützen wir Sie in allen kinematischen und dynamischen Problemstellungen. Insbesondere in den folgenden Themen können wir auf langjährige Erfahrung zurückgreifen. Auch die Integration flexibler Körper oder von Regelsystemen gehört zu unserem Leistungsspektrum.

  • Fahrdynamik und Fahrkomfort
  • Antriebsstrangsimulation
  • Getriebeauslegung
  • Lastdatenermittlung und -analyse

Strömungsberechnung und thermische Simulation

Der Schwerpunkt der Abteilung Strömungsberechnung und thermische Simulation liegt in der thermischen Analyse von Systemen und Komponenten. Für die detaillierte Untersuchung des Wärmetransports setzen wir die 3D-Strömungsberechnung (CFD) sowie die 3D-Wärmeleitung und Strahlungsberechnung ein. Komplexere Gesamtsysteme wie Kreisläufe oder der Ladungswechsel von Verbrennungsmotoren werden auf Basis von 0D- und 1D-Modellen beschrieben, die wiederum mit 3D-Detailmodellen von Komponenten und Teilsystemen gekoppelt werden können. Stofftransportprozesse einschließlich chemischer Reaktionen werden bei der motorischen Verbrennung, Abgasnachbehandlung aber auch der Klimatisierung (Luftfeuchte) ebenfalls berücksichtigt. Die verwendeten Berechnungsansätze sind allgemein und auf verschiedene Anwendungen übertragbar, dennoch haben sich eine Reihe von Schwerpunkten herausgebildet, wie die Bauteiltemperaturberechnung in Fahrzeugen auf Basis der Motorraumdurchströmung, die Klimatisierung von Fahrgasträumen sowie die Behaglichkeitsbewertung, die Berechnung von Kühlkreisläufen und Ladungswechselprozessen, die Kühlung elektrischer Komponenten, wie Steuergeräte, Batterien, LED und Scheinwerfer.


Software und Methodenentwicklung

Wir entwickeln Software, die perfekt auf Ihre Bedürfnisse und Anforderungen abgestimmt ist:

  • Automatisierung im Umfeld der Technischen Berechnung & Simulation
  • Individuelles  Pre-/Postprocessing und Solving
  • Simulationsdatenmanagement
  • UMAT und VUMAT für Abaqus

Strukturmechanik Luft- und Raumfahrt

Die Strukturmechanik Aerospace deckt das ganze Spektrum einer Bauteilentwicklung für die Luft- und Raumfahrt ab. Von Bauweisen Untersuchung, Dimensionierung über Fertigungsbetreuung, Versuchsdefinition und Nachweisführung bis hin zur Serienbetreuung. Neben statischen Berechnungen hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit und Stabilität bearbeiten wir auch dynamische Fragestellungen wie zum Beispiel Modalanalysen. Weitere Arbeitsfelder sind Fatigue und Kinematik. Die gängigen „Handrechenmethoden“ gemäß HSB oder ESDU gehören ebenso wie die Finite Element Methode zur täglichen Arbeit. Dabei berechnen wir Strukturen in Metallbauweise als auch monolithische oder als Sandwich ausgeführte Faserverbundstrukturen. Dazu gehören die Lagenoptimierung (Richtung und Anzahl) aber auch die Analyse von Legebüchern hinsichtlich Überlappungen, Einschnitten und Stufungen der einzelnen Lagen.

Durch unsere langfristig angelegte Unternehmensstrategie garantieren wir unseren Kunden eine kontinuierliche und stabile Zusammenarbeit und stehen ihnen durch den gesamten Produktlebenszyklus für Upgrades und Reparaturen als verlässlicher Partner zur Seite. Das Zusammenspiel von umfassend geschulten und erfahrenen Spezialisten mit einer großen Auswahl an eingesetzten Analyse- und Entwicklungstools ermöglicht es uns, auf jede Problemstellung unseres Kunden zu reagieren und gemeinsam eine Lösung zu finden. So setzen wir alle im Luftfahrtbereich namhaften Analysetools erfolgreich ein und passen diese Tools an die Projektbedürfnisse an bzw. entwickeln eigene Software Lösungen.

Auf diese Weise unterstützen und beraten wir unsere Kunden unter anderem bei der:

  • Entwicklung von Strukturkonzepten
  • Erstellung von Design Principles (Metall- und Faserverbundbauweise)
  • Entwicklung und Konstruktion von Metall- und Faserverbundbauteilen
  • Gewichtsoptimierung von Metall- und Faserverbundbauteilen
  • Erzeugung von Fertigungsdaten (speziell auf Sektor Faserverbundbauteile)
  • Vor Ort Fertigungsbetreuung
  • Systeminstallation und -integration (insbesondere im Bereich mechanische Systeme über alle ATA-Kapitel)
  • Entwicklung von Interieur Komponenten (Galleys, Lavatories, Stowages, VIP-Ausstattung)
  • Konstruktion und Auslegung von Kabinen Elementen (F2F, PSU, Classdivider etc.)

Elektromagnetiksimulation

Mithilfe von FE-Berechnungen (2D/3D) im Zeitbereich ebenso wie im Frequenzbereich helfen wir Ihnen bei der Lösung elektromagnetischer Aufgabenstellungen, wie:

  • Elektrische sowie magnetische Auslegung von Bauteilen und Systemen
  • Elektromagnetische Feldverteilung in unterschiedlichsten Materialien und Geometrien
  • Kräfte- und Drehmomententwicklung aufgrund des elektromagnetischen Feldes
  • Thermisches Verhalten stromführender Elemente (konduktive Erwärmung)
  • Elektromagnetische Induktion

Dabei können wir auf Expertise in der Auslegung von E-Maschinen, elektromechanischen Aktoren sowie gekoppelter Systeme (elektrisch-thermisch-mechanisch) zurückgreifen.


Systemsimulation

Mit Simulationstools wie Matlab Simulink, SimulationX, Dymola oder der GT Suite analysieren wir multiphysikalische Zusammenhänge. Wir unterstützen Sie in den Themenfeldern:

  • Antriebsstrang
  • Geregeltes Fahrwerk
  • Energiemanagement
  • Klimatisierung
  • Kühlkreisläufe
  • Ladungswechsel
  • Kopplung und Co-Simulation
  • Model Order Reduction

Theseus-FE software

Die von uns entwickelte und kommerziell vertriebene Simulations-Software THESEUS-FE basiert auf der Methode der Finiten Elemente und umfasst im Wesentlichen die folgenden Komponenten:

  • als Basis einen Solver für thermische Simulationen (Wärmeleitung und Strahlung)
  • ein Thermophysiologie-Modell zur Vorhersage des thermischen Komforts (z.B. in Fahrzeuginnenräumen, Gebäuden)
  • ein Spezialmodul (Oven) für die Vorhersage der Karosserie-Temperaturen in Lacktrocknungsöfen (inkl. Abaqus User-Subroutine für Karosserie-Klebstoffe)
  • ein Spezialmodul (E-Coating), um die Schichtdicke des Lack in einem KTL-Becken zu simulieren
  • eine leistungsfähige graphische Benutzeroberfläche (GUI) für die Modellerstellung und die Auswertung von Ergebnissen
  • Kopplungs-Tools u.a. für CFD Software wie Star-CCM+ und OpenFOAM
  • Mapper zur Übertragung von Ergebnissen zwischen unterschiedlichen Netzen und Ergebnisformaten

THESEUS-FE Kunden findet man insbesondere in der Automobilindustrie, aber auch an Hochschulen und wissenschaftlichen Instituten, sowie im Bereich Bauphysik und der Luft- und Raumfahrindustrie.

Ausführliche Informationen zu THESEUS-FE sind verfügbar auf http://www.theseus-fe.com