Einsatz von ANSYS bei der Konstruktion unserer Fahrzeuge

    Seit langem kann das Race-Ing. Team auf die Unterstützung von ANSYS bauen. Mit Hilfe der bereitgestellten Softwarepakete können die unterschiedlichsten Simulationen durchgeführt werden. Dank der speziell auf die Anforderungen von Formula Student Teams zugeschnittenen Workshops und einem umfassenden Support können wir die Software schnell und effektiv einsetzen. Die leistungsstarke Simulationssoftware kommt mittlerweile bei fast allen Baugruppen unserer Fahrzeuge zum Einsatz.

    So werden zum Beispiel Sicherheitsrelevante Bereiche unserer Monocoques, begleitend zur Konstruktion, auf Ihre Festigkeit überprüft. Die Ergebnisse dieser struktur-mechanischen Analysen sind gleichzeitig die Grundlage für die Sicherheitsnachweise, die für die Formula Student Wettbewerbe eingereicht werden müssen.

    Die Festigkeitsanalyse von Faserverbundwerkstoffen ist generell nicht einfach. Mit dem ANSYS Composite PrepPost (ACP) Tool bietet ANSYS eine speziell auf Composite Bauteile zugeschnittene Lösung an. In ACP-pre kann die Materialdefiniton des Laminat-Aufbaus vorgenommen werden. Als Grundlage für diese Materialdefinition dienen die Ergebnisse verschiedener Versuche zur Ermittlung der Materialkennwerte.

     

    Versuche zur Ermittlung der Materialkennwerte

    Zugversuch                                               Druckversuch                                             Schubversuch
    ANSYS-Materialversuch_7ANSYS-Materialversuch_1 ANSYS-Materialversuch_3






    ANSYS-Materialversuch_6a ANSYS-Materialversuch_4a ANSYS-Materialversuch_2a












    Monocoque – Front Bulkhead Analyse

    MC_Front Bulkhead_LagerungMC_Front Bulkhead_Vergleichsspannung

    Monocoque – Side Impact Structure Analyse

    MC_Side-Inpact_LagerungMC_Side-Inpact_Vergleichsspannung

    Monocoque – Lap Belt Anbindung Analyse

    MC_Lap Belt_LagerungMC_Lap Belt_Vergleichsspannung

    Monocoque – Anti-Submarine Belt Anbindung Analyse

    MC_Anti-Submarine Belt_LagerungMC_Anti-Submarine Belt_Vergleichsspannung

    Monocoque – Main Roll Hoop Anbindung Analyse

    MC_Main Hoop_LagerungMC_Main Hoop_Vergleichsspannung

    Monocoque – Heck-Anbindung Analyse

    MC_Heckanbindung_LagerungMC_Heckanbindung_Vergleichsspannung

    Bei der Auslegung der Airbox wurde ebenfalls auf ANSYS zurückgegriffen. Zum einen musste sichergestellt werden, dass die Airbox dem Unterdruck unter Vollast standhält, zum anderen wurden CFD Simulationen durchgeführt um zum Bespiel die Saugrohrlängen oder den Öffnungswinkel zu optimieren.

     Airbox – statisch-mechanische Analyse

    Airbox_FEM_LagerungAirbox_FEM_Vergleichsspannung

    Auch weniger komplexe Bauteile wie zum Beispiel der Kupplungshebel oder die Push-Pull-Bar lassen sich schnell und einfach mit Hilfe von ANSYS optimieren. Auch um neuen Team-Mitgliedern  den Umgang mit der Software zu veranschaulichen sind diese einfachen Bauteile gut geeignet.

    Push-Pull-Bar – statisch-mechanische Analyse

    Push-Pull Bar_Lagerung Push-Pull Bar_Vergleichsspannung

    Motorlagerung – statisch-mechanische Analyse

    Motorlagerung_Vergleichsspannung Motorlagerung_Lagerung

    Kupplungshebel – statisch-mechanische Analyse

    Kupplungshebel_Lagerung Kupplungshebel_Vergleichsspannung

    Aus Sicherheitsgründen ist im Reglement auch festgelegt, welchen Belastungen das Bremspedal standhalten können muss. Um diese Anforderungen des Reglements zu erfüllen, wurde auch die Pedalerie mit ANSYS konstruktionsbegleitend untersucht.

    Bremspedal – statisch-mechanische Analyse

    Pedalerie_Bremspedal_LagerungPedalerie_Bremspedal_Vergleichsspannung

    Ausgehend von den auf Motor- und Rollenprüfstand ermittelten Kräften, wurden die Baugruppen unseres Antriebsstrang untersucht.

    Differential-Lagerung – statisch-mechanische Analyse

    Differentiallagerung_LagerungDifferentiallagerung_Vergleichsspannung

    Wheel Hub Rear Axle – statisch-mechanische Analyse

    Wheelhub-RA_Lagerung Wheelhub-RA_Vergleichsspannung

    Wheel Hub Rear Axle – statisch-mechanische Analyse (Torsion)

    Wheelhub-RA_Torsion_LagerungWheelhub-RA_Torsion_Vergleichsspannung

    Titan Radbolzen – statisch-mechanische Analyse

    Radbolzen_Titan_LagerungRadbolzen_Titan_Vergleichsspannung

    Um sicherstellen zu können, dass das neue Öl-Schiebeventil auch unter extremen Bedingungen unseren Motor stets mit Öl versorgt wurden Innen- und Außenteil des Gehäuses auf ihre maximale Ausdehnung in Abhängigkeit von der Motortemperatur untersucht. Die Ergebnisse der maximalen Ausdehnung wurden für die anschließende Fertigung berücksichtigt.

    Öl-Schieber-Ventil – Temperatur-Ausdehnung Innenteil

    Oelventil_Temp-Ausdehnung_LagerungOelventil_Temp-Vergleichsspannung

    Öl-Schieber-Ventil – Temperatur-Ausdehnung Gehäuse

    Oelventil-Housing_Temp-Ausdehnung_Lagerung Oelventil-Housing_Temp-Ausdehnung_Z-Achse_Gesamtverformung

    Die an den Vorjahresfahrzeugen ermittelten Daten wurden für die Auslegung von Fahrwerkskomponenten genutzt. Beispielhaft sind hier die Querlenkerdreiecke und die Fahrwerkskonsolen aufgeführt.

    Querlenker-Dreieck – statisch-mechanische Analyse

    Fahrwerk_Querlenker-Dreieck_Lagerung Fahrwerk_Querlenker-Dreieck_Vergleichsspannung

    Fahrwerkskonsole – statisch-mechanische Analyse

    Fahrwerkskonsole_Lagerung Fahrwerkskonsole_Vergleichsspannung

    Nach und nach werden wir an dieser Stelle weitere Beispiele einstellen, bei welchen Baugruppen ANSYS von uns genutzt wird.