Mehrkörpersimulation bei der Fahrradauslegung
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Um die Auslegung und Fahrdynamik von Fahrrädern zu verbessern, erforscht das IGMR unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten neuester Simulationsmethoden im Bereich der Fahrradentwicklung.
In vergleichbaren Branchen schon lange Stand der Technik, ermöglicht der Einsatz von Mehrkörpersimulationen einen signifikanten Erkenntnisgewinn in verschiedensten Teilaspekten der Entwicklung. In der Auslegung von Fahrrädern bleibt das Potential von MKS bisher jedoch weitestgehend ungenutzt. Um die Vorteile von Mehrkörpersimulationen nutzbar zu machen, erforscht das IGMR unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten, welche den Entwicklungsprozess von Fahrrädern verbessern können.
Motivation
Die Auslegung und Dimensionierung von Fahrrädern stellt im Entwicklungsprozess seit jeher eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Eine zentrale Rolle spielen hierbei die wirkenden Betriebslasten, welchen die Systemkomponenten während des Einsatzes ausgesetzt sind. Die Ermittlung der im Betrieb auftretenden Lasten stellt jedoch eine große Herausforderung dar, da nicht alle Bauteile zugänglich für das Anbringen von Messtechnik sind und der Einsatz klassischer Finite-Element-Methoden zur Abbildung des dynamischen Verhaltens in anspruchsvollen Fahrsituationen häufig ungeeignet ist. Mit den in der Fahrradauslegung etablierten Prototypentests, kann zwar ein Mindestmaß an Sicherheit erreicht werden, die Ermittlung detaillierter Spannungszustände oder die Entwicklung von Lastannahmen aller im System belasteten Komponenten ist jedoch kaum möglich. Die Folge ist ein geringes Verständnis der wirkenden Lasten. Insbesondere bei neuen anspruchsvollen Fahrradkonstruktionen, führt dies zu einer schwierigen Entwicklung von Prüfnormen und einem zeit- und kostenintensiven Entwicklungsprozess, welcher häufig nicht auf realitätsnahen und aussagekräftigen Lastannahmen beruht.
Ziel
Das Ziel dieses Forschungsbereichs besteht darin, die Vorteile, welche durch den Einsatz von Mehrkörpersimulation ermöglicht werden, für die Fahrradentwicklung nutzbar zu machen. Hierbei kann ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten weiterentwickelt werden, welche von Aussagen zur Fahrdynamik in Abhängigkeit der Konstruktion bis hin zu der Ermittlung von Betriebslasten reichen. Ein wichtiges Forschungsthema für die Betriebslastenermittlung stellt die Erforschung verschiedener Simulationsansätze dar. Hierbei wird das Ziel verfolgt, die Simulation von Beanspruchungen der Struktur, auf Basis realer Fahrszenarien zu erreichen.
Vorgehen
Die Erforschung unterschiedlicher Einsatzmöglichkeiten von MKS in der Fahrradentwicklung, spielgelt sich in unterschiedlichen Anwendungen verschiedenster Simulationsansätze wider. Die wohl am kurzfristigsten einsetzbarste Anwendung ist die klassische, voll analytische Simulation von Prüfnormen, womit der Entwicklungsprozess deutlich verschnellert werden könnte. Ebenfalls werden Simulationen erforscht, welche den Faktor Mensch hinzuzuziehen. Mithilfe des Einsatzes eines Menschmodells, dargestellt über komplexe Regelkreise in der Mehrkörpersimulation, können beispielsweise Aussagen über die Fahrdynamik getroffen werden. Hierbei können Konfigurationen von eBikes ermittelt werden, welche ein Fahrverhalten möglichst nah an konventionellen Fahrrädern aufweisen. Dies würde den Umstieg körperlich eingeschränkte Personen auf ein elektrifiziertes Fahrrad erleichtern. Für die Betriebslastenermittlung, mit dem Ziel reale Fahrszenarien möglichst präzise simulativ nachzubilden, werden alternative Simulationsansätze weiterentwickelt. Hierbei wird die Eignung verschiedener semi-analytischer Ansätze erforscht, welche auf Basis von Messdaten die Rahmenstruktur anregen. Auf diese Weise könnten auf Basis von Feldversuchen erstmals detaillierte Rahmenlasten simulativ nachgestellt werden.