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Simulationen für extreme Anforderungen (26.08.09)
Viele Unternehmen der Luft- und Raumfahrt setzen auf das Programm Femap von Siemens PLM Software, einem Geschäftsbereich der Siemens Industry Division Präzise, um mit Simulationen und Analysen die Entwicklungszeiträume und die Prototypenanzahl zu reduzieren. Auch Eurocopter bedient sich dieser Software für die Entwicklung der Hubschrauber NH-90 und Tiger.
Speziell die teilweise extremen Einsatzbedingungen der militärischen Produktserien und die Verwendung neuer Materialien sowie innovativer Technologien erfordern ständig aufwändige Simulationen und Analysen. Ziel sind schnelle Entwicklungsprozesse bei einer hohen Produktqualität. Voraussetzung für die Simulationsexperten der Abteilung Airframe and Equipment Stress bei Eurocopter ist eine leistungsfähige FEA-Lösung (Finite-Element-Analyses). Deren professionelle Anwendung reduziert die Anzahl kostenintensiver Prototypen sowie physischer Tests. Zugleich unterstützt die Software die Verwaltung der umfangreichen Analyseergebnisse sowie die aufwändigen Dokumentationspflichten gegenüber den verschiedenen Prüfinstitutionen in der Luftfahrt- und Verteidigungsindustrie.
Extreme Anforderungen
Zur mehrjährigen Entwicklung gehören zahlreiche statische und dynamische Simulationen und Analysen. An den Rechnern wurden Lande- und Crashgeschwindigkeiten mit sechs bis zehn Metern pro Sekunde simuliert und analysiert. Das Landewerk und der Rumpf des NH-90 muss diese „Landestöße“ in Extremsituationen aushalten.
Durch die Verwendung innovativer Materialkomponenten etwa bei der ersten komplett aus Kohlefaser gefertigten Luftfahrzeugzelle können die Mitarbeiter in vielen Situationen aber nicht auf Erfahrungswerte zurückgreifen. Stattdessen sind sie auf eine professionelle Software-Lösung für Finite-Elemente-Analysen mit einem leistungsfähigen Pre- und Post-Processing sowie Solvern angewiesen. Eurocopter setzt dabei seit Jahren auf Femap von Siemens PLM Software, einem Geschäftsbereich der Siemens Industry Division, und hat mittlerweile sieben Netzwerklizenzen sowie eine von NX Nastran im Einsatz.
Simulation statt Prototyp
70 Prozent der Analysen sind statische und dynamische Simulationen von Flug- und Landemanövern. Bei ersteren werden beispielsweise beliebige Flugmanöver als Zeitschritte eingefroren, um unterschiedliche Belastungen auf verschiedene Bauteile zu simulieren und zu analysieren. Unter die dynamischen Analysen fallen die anfangs angeführten Landemanöver sowie Auswertungen der Crashfälle mit Geschwindigkeiten bis zu zehn Metern pro Sekunde. In diesen Szenarien werden mögliche, durch einen Stoß induzierte Schwingungen geprüft, die nicht zeitgleich mit dem maximalen eingebrachten Lasten auftreten.
Mit Femap lassen sich im Preprozessing alle einwirkenden Lastbedingungen einfach anlegen und programmieren. Diese werden nach den Berech-nungen über Standardindustrie-Solver beim Post-Processing deutlich und nachvollziehbar am Modell visualisiert.
„Durch den Einsatz von Femap können wir die fortschreitenden Konstruktionsergebnisse im Entwicklungsprozess schneller überprüfen und oftmals Verbesserungsvorschläge einbringen, die Zeit und Kosten sparen“, freut sich Jyrki Majamaeki. „Weitere Vorteile bestehen in der Reduzierung der kostenintensiven Prototypenanzahl sowie in der sehr guten Dokumentationsfunktionalität in der gewohnten Windows-Umgebung.“ Die Mitarbeiter profitieren von einer sehr guten Lesbarkeit und einem geringen Erklärungsbedarf, der Arbeitsübergaben erleichtert.
Vorteil Benutzerfreundlichkeit und Automatisierung
Femap wurde in einer nativen Windows-Umgebung entwickelt und bietet aufgrund der gewohnten Benutzerführung eine hohe Anwenderfreundlichkeit. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Siemens PLM Software besteht darin, sich eigene Visual Basic Applikationen (VBA) zu schreiben. Mit Hilfe des in Femap integrierten Visual Basic Analysis Generators lassen sich mit geringem Aufwand unterschiedlichste Lastfälle darstellen und weiterbearbeiten, die das Post-Processing enorm beschleunigen. „Einzelne Lastfälle können dabei einfach vom Modell genommen und per Mausklick für spezifische Auswertungen in Microsoft Excel übernommen werden“, sagt Jyrki Majamaeki.
Fazit
Eurocopter erreicht mit Femap von Siemens PLM Software eine frühe Evaluierung von Konstruktionsprozessen bei einer hohen Produktqualität. Die ermittelten Berechnungsergebnisse liefern die Grundlage dafür, dass die Helikopter über ihre langjährige Einsatzdauer den extremen Belastungen standhalten und die Analysehistorie immer zurückverfolgt werden kann. Neue Belastungsfälle lassen sich so schnell mit alten vergleichen. Die Mitarbeiter können daraufhin eine schnelle Aussage treffen, inwieweit die neuen Lastfälle durch alte Analysen abgedeckt oder ob weitere genauere erforderlich sind.
