Abhängig von den konkreten Gegebenheiten kann hier mit der sogenannten statischen oder modalen Superposition gearbeitet werden. Durch die Separation der räumlichen von den zeitlichen Variablen können mit diesen Ansätzen auch große Strukturen über lange Zeiträume gerechnet werden. Dabei wird allerdings lineares Verhalten der Struktur unterstellt. In bestimmten Fällen (z. B. bei manchen Kontaktproblemen) kann die Separation der Variablen aber auch auf nichtlineare Fälle erweitert werden.

Sind diese Ansätze nicht vertretbar, werden transiente FE-Analysen durchgeführt. Dabei können sowohl geometrisch nichtlineares Verhalten als auch nichtlineares Materialverhalten berücksichtigt werden. Der Rechenaufwand steigt hierbei natürlich stark an. Als Beispiel sei hier die Simulation der plastischen Karosserieverformung bei Missbrauchsereignissen (Schlaglochdurchfahrt) genannt.

Die eigentliche Lebensdauerbewertung erfolgt anschließend auf Basis verschiedener Ansätze wie beispielsweise des Spannungs- oder Dehnungskonzepts.

Zusätzlich zur numerischen Lebensdaueranalyse werden diese Methoden auch zum Design von Komponentenprüfständen eingesetzt. Durch Kombination mit geeigneten Optimierungsmethoden kann etwa die Anzahl und Anordnung hydraulischer Zylinder berechnet werden, die für eine bestimmte Bauteilprüfung erforderlich sind.

• Neben der Anwendung der gängigen Methoden im Bereich der Lebensdaueranalyse liegen die Besonderheiten unserer Arbeit im Bereich der
  • Übertragung der schnellen Superpositionsmethoden auf nichtlineare Anwendungsfälle
  • Beanspruchungen von Schraubenverbindungen
  • Kerbspannungskorrekturen für Low Cycle Fatigue (LCF)

Projekte

• Lebensdauerberechnung für eine NFZ-Achsanbindung
• Ermittlung von Schnittkraftzeitverläufen basierend auf Dehnungsmessungen
• Low Cycle Fatigue (LCF) Kerbspannungskorrektur

Zur Ermittlung einer optimalen Prüfstandskonfiguration können die Einspannung des Bauteils, die Angriffsstellen der Prüfzylinder, sowie die zugehörige Anregung variiert werden. Simulationen erfordern daher häufig sowohl eine Mehrkörper- als auch eine Finite Elemente – Berechnung für jeden neuen Aufbau und jede neue Anregung. Sie sind deshalb im Allgemeinen sehr zeit- und arbeitsaufwändig. Vor dem Aufbau des realen Prüfstands kann deshalb nur eine begrenzte Anzahl an möglichen Aufbauten berechnet werden.

Zur Reduktion dieses Berechnungsaufwands wurde vom ITWM ein Verfahren entwickelt, mit dem eine optimale Prüfstandskonfiguration mit zugehöriger Anregung ermittelt werden kann. Statisch bestimmte Einspannungen des Bauteils werden dabei durch die Überlagerung von Inertia Relief Moden abgebildet. Damit entfällt der Aufwand für wiederholte Finite Elemente - Berechnungen, der ansonsten für jede neue Einspannung notwendig ist.

Für unterschiedliche Prüfstandsvarianten werden optimale Anregungszeitreihen berechnet und miteinander verglichen. Bei komplexer Schädigungsrechnung, bspw. für Schweißnähte, kann die Berechnung dabei mit Lebensdauerberechnungs-Software gekoppelt werden. In der Bewertung wird berücksichtigt, ob im Prüfstand dieselben Stellen hoher Beanspruchung wie im Fahrzeug auftreten. Zusätzlich wird durch geschickte Auswahl von Kontrollstellen in der Optimierung verhindert, dass unerwünschte neue kritische Stellen erzeugt werden.

Durch die automatisierte Berechnung und Bewertung einer Vielzahl verschiedener Prüfstandsaufbauten, kann so ein guter Kompromiss zwischen Komplexität des Prüfstands und realitätsnahen Belastungen gefunden werden. Der verwendete Ansatz ist dabei insbesondere für die Ableitung von Prüfungen mit wenigen Anregungszylindern geeignet.

Die Methode wurde in verschiedenen Industrieprojekten erfolgreich angewandt. In Kooperation mit der Abteilung Optimierung wird derzeit in einem Promotionsvorhaben der Einsatz verschiedener Optimierungsstrategien untersucht und die Methode weiterentwickelt.