Optimierung OPEL Fahrzeugbodengruppe

Opel LogoIn diesem Projekt wurde ein Blechbauteil aus einer Fahrzeugbodengruppe optmiert. Projektpartner war hier die Adam Opel AG in deren Auftrag die Optimierung durchgeführt wurde. Optimierungsziel war die Verbesserung des Schwingungsverhaltens.

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Modelldaten: Opel XXX Bodengruppe, Ausgangsmodell

Modellformat: NASTRAN

mechanisch equivalent gelagertes Fahrzeugteilmodell

Anzahl der FE-Knoten: 113.000

Anzahl der FE-Elemente: 106.000

Schweißpunktmodellierung über RBE3 mit zentralem Hexa

 

 

Eigenfrequenzanalyse:

Man kann deutlich erkennen, dass bei der untersuchten Baugruppe schon bei relativ niedrigen Frequenzen von ca. 22Hz durch externe Anregung Resonanzschwingungen auftreten können. Es ist jedoch erwünscht, dass Fahrzeugbauteile im Frequenzbereich bis 70Hz möglichst keine Anregungen zulassen. Durch eine gezielte Sickenoptimierung soll ein Sickenmuster gefunden werden, dass eine deutliche Anhebung der kleinsten Eigenfrequenz (>70Hz) bewirkt.

Opel XXX Bodengruppe, Frequenzanalyse, Mode 1

Eigenmode 1, Eigenfrequenz: 22,1Hz

Opel XXX Bodengruppe, Frequenzanalyse, Mode 2

Eigenmode 2, Eigenfrequenz 30,8Hz

Opel XXX Bodengruppe, Frequenzanalyse, Mode 3

Eigenmode 3, Eigenfrequenz 43,9Hz

Opel XXX Bodengruppe, Frequenzanalyse, Mode 4 Eigenmode 4, Eigenfrequenz 56,7Hz

 

Optimierungsmodell

Der Designraum für die Sickenoptimierung ist im Bild rechts dargestellt. Opel XXX Bodengruppe, DesignraumEr umfasst das zentrale Blechbauteil, welches für den untersuchten Frequenzraum von ganz erheblicher Bedeutung ist. Die Optimierungsvariablen werden durch die Flächennormalen der rot eingefärbten Knoten definiert. Daraus ergeben sich ca. 7500 Optimierungsvariablen.

Optimierungsparameter:

  • Zielfunktion: maximiere die vier niedrigsten Eigenfrequenzen
  • Nebenbedingungen:  Sickenhöhe 10mm
  • Filterradius: 40mm
  • volle Netzregularisierung

 

OptimierungsergebnisOpel XXX Bodengruppe, optimiertes Modell

Die optimale Sickengeometrie ist im Bild rechts dargestellt. Zur besseren Darstellung ist die Sickenhöhe um den Faktor 2.5 skaliert. Die optimierte Sickengeometrie ermöglicht eine effektive Versteifung des Bleches. Das wird durch die Eigenfrequenzen des optimierten Bauteiles verdeutlicht:

  • 1. Eigenfrequenz: original: 22,1Hz      optimiert: 94,0Hz
  • 2. Eigenfrequenz: original: 30,8Hz      optimiert: 110,9Hz
  • 3. Eigenfrequenz: original: 43,9Hz      optimiert: 125,0Hz
  • 4. Eigenfrequenz: original: 56,7Hz      optimiert: 132,7Hz

Die optimierte Sickengeometrie weist einen eindeutig interpretierbaren Verlauf auf. Die optimale Form wird durch ein qualitativ hochwertiges FE-Netz, ohne starke Netzverzerrung dargestellt. Das sichert exakte Analyseergebnisse ohne numerische Versteifungseffekte.

 

Fazit

Dieses Beispiel zeigt die Potentiale von dünnen Blechstrukturen auf welche mit optimalen Sickenstrukturen versteift wurden. Aufgrund der Komplexität der Modelle können diese Sickenformen jedoch nicht durch Intuition und Erfahrung gefunden werden. Nur die numerische Formoptimierung kann hier optimale Entwurfsvorschläge liefern. Mit diesen hochwertigen Ergebnissen lassen sich optimale Sickenformen in kürzester Zeit konstruieren. Langwierige Parameterstudien sind dadurch überflüssig.