Az autóalkatrészek egyedi tulajdonságainak szimulációja: a GEDIA FEM-megközelítése a TemperBox® segítségével
A modern járműfejlesztés kontextusában a testreszabott edzési eljárások integrálása döntő tényező a ütközésbiztonság optimalizálása és a súlycsökkentés egyidejű megvalósításában. A GEDIA által kifejlesztett TemperBox® technológia lehetővé teszi préselt acél alkatrészek gyártását, amelyek mechanikai tulajdonságai helyileg meghatározottak – ideértve a martenzites edzett zónákat, a képlékeny területeket és a fokozatos átmeneti zónákat. Ez a differenciált anyagszerkezet magas követelményeket támaszt a numerikus szimulációval szemben, különös tekintettel a szerkezeti viselkedés pontos leképezésére ütközési terhelés alatt.
A testreszabott alkatrészek szimulációja szerves része a GEDIA termékfejlesztési folyamatának, amely a funkciók meghatározásától a CAD-tervezésen át a fizikai tesztekkel történő validálásig terjed. A FEM-szimuláció itt összekötő kapocsként szolgál a folyamat okozta mikroszerkezeti változások és a szerkezeti teljesítményértékelés között. Különösen fontos, hogy a keménység, a szakadási határ, a szakítószilárdság és a meghibásodási viselkedés helyi különbségeit pontosan átadják a szimulációs modellben.
Ennek a komplexitásnak a leképezésére a GEDIA két különböző szimulációs módszert fejlesztett ki, amelyek mindegyike a projekt különböző fázisaihoz igazodik. A nagy pontosságú módszer a validációs fázisban kerül alkalmazásra, és a formázási szimulációból származó részletes bemeneti adatokon alapul, mint például a vastagságeloszlás, a plasztikus nyúlás és a keménységi görbék. Ezeket az adatokat matematikai korrelációk segítségével mechanikai jellemzőkké alakítják át, és elemek szintjén hozzárendelik az FE-modellhez. Ezáltal komplex átmeneti területek is nagy pontossággal szimulálhatók – ami döntő előny a ütközéselemzés szempontjából.
A második módszer, az úgynevezett Concept Phase Method, a korai koncepciófejlesztéshez lett kialakítva. Gyors iterációkat tesz lehetővé, még akkor is, ha még nem állnak rendelkezésre teljes alakítási szimulációk. Itt az anyagok zónaspecifikusan kerülnek hozzárendelésre, az alkatrész kemény, puha és átmeneti területekre osztva. A mechanikai tulajdonságok tipikus értékek alapján kerülnek hozzárendelésre. Ez a módszer jó egyensúlyt biztosít a modellezés mélységének és a fejlesztés rugalmasságának között.
Mindkét szimulációs módszer validálása kvázi-statikus hárompontos hajlítási kísérletekkel és dinamikus eséskísérletekkel történik. A szimulált és a kísérleti erő-út görbék, valamint a meghibásodási minták közötti egyezés megerősíti mindkét módszer magas prognózisminőségét. Különösen a nagy pontosságú módszer mutat kiváló leképezést a helyileg előforduló kudarcmechanizmusokról, míg a koncepciófázis-módszer szilárd alapot nyújt a koncepció értékeléséhez.
A technikai pontosság mellett a GEDIA szimulációs módszertana gyakorlati előnyökkel is jár: lehetővé teszi több képlékeny zónával rendelkező alkatrészek tervezését, a átmeneti szélesség rugalmas beállítását (30–70 mm között), valamint a reprodukálható geometriát hőtorzulás nélkül. A TemperBox® technológia emellett ciklusidő-semleges és problémamentesen integrálható a meglévő gyártósorokba. További előnye, hogy a költséges lézerhegesztett lemezeket monolitikus, testreszabott alkatrészekkel lehet helyettesíteni.
Összefoglalva: a GEDIA TemperBox® alkatrészekre vonatkozó szimulációs stratégiája megmutatja, hogyan lehet sikeresen összekapcsolni a folyamat szimulációját, az anyagmodellezést és a szerkezeti mechanikát. A folyamat-specifikus adatok integrálásával a ütközésszimulációba nagyfokú előrejelzési pontosság érhető el, ami biztonságos és hatékony alkatrésztervezést tesz lehetővé. Az egyedi tulajdonságok így már nem szimulációs fekete dobozok, hanem a modern járműtechnika szabályozható és optimalizálható tervezési jellemzői.
- Prahel Bhandari, FEM-számítás Advanced Engineering