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Vielfältiges Angebot an Werkzeugen: Hyperworks fördert Innovationen in der Luft- und Raumfahrt
Die neueste Hyperworks Version, die unter anderem auf der Aircraft Interiors Expo vom 8.-10. April in Hamburg präsentiert wurde, ist, nach Angaben des Herstellers, die am weitesten entwickelte Computer-Aided Engineering (CAE) Technologie für Luft- und Raumfahrt Anwendungen. Hyperworks stellt eine umfassende Suite an Werkzeugen für jede Phase des Innovationsprozesses in der Luft- und Raumfahrt, von der Konzepterstellung entlang des gesamten Produktlebenszyklus, bereit.
Die Flugzeughersteller nutzen die moderne Strukturmodellierung und die automatisierten Designprozesse der Suite zur Gewichtsreduzierung und zur Auslegung von Verbundmaterialien sowie zur Simulation von Spannungen, der Mechanik und der Schadensanfälligkeit. Die in der Hyperworks Suite integrierten Werkzeuge verbessern die Auslegungsmöglichkeiten beim Flugzeugbau und vereinfachen den Einsatz moderner Materialien, wie Faserverbundwerkstoffen, um die Anforderungen der Branche hinsichtlich Komponenten- und Strukturgewichtsreduzierung zu erfüllen und dadurch eine höhere Treibstoffeffizienz und einen besseren Passagierkomfort zu erreichen.
 Visualisierung der importierten oder berechneten Daten des CAE-Modells.
„Verbundmaterialien bilden einen Schwerpunkt bei Hyperworks und in der Luftfahrtindustrie, aber unsere Produktsuite bietet noch deutlich mehr“, sagte Shan Nageswaran, Senior Director, Altair Hyperworks for Aerospace. „Von der automatisierten Vernetzung bis hin zu bahnbrechenden Optimierungswerkzeugen und einer breiten Auswahl an einfach verfügbaren Partneranwendungen hilft HyperWorks der Luft- und Raumfahrtindustrie, neue Bestmarken in Bezug auf Zeiteffizienz, Kostenreduzierung und Qualitätsverbesserungen zu erreichen und gleichzeitig die strengsten Sicherheits- und Leistungsanforderungen zu erfüllen.“
Verbundmaterialauslegung und Gewichtsreduzierung
Bei Verbundwerkstoffen ermöglicht der Modellierungsprozess von Hypermesh erhebliche Zeitersparnisse. Die Daten der Verbundmaterialen können direkt aus dem CAD- Modell eingelesen werden. Diese Daten umfassen Gewebelagenformen und Parameter und können den einzelnen Elementen ohne große Mühe zugewiesen werden. Der lagenbasierende Modellierungsansatz ist intuitiver und effizienter als der konventionelle zonenbasierende Ansatz und bietet eine bessere Übereinstimmung mit der physikalischen Herstellung der Verbundwerkstoffe.
Für Solver, die selbst keine lagenbasierende Modellierung unterstützen, kann der Ingenieur mit Hypermesh darüber hinaus die Modellierung von lagen- zu zonenbasierend konvertieren.
Eines der am häufigsten verwendeten Postprocessing Werkzeuge, Hyperiew, bietet eine lagenbasierende Auswertung für Komponenten, erzeugt Ergebnisse sowohl für die einzelnen Schichten als auch für den Schichtverbund und identifiziert die tragende Schicht. Das Modul umfasst außerdem vordefinierte Kriterien, darunter bekannte, als Industriestandard angesehene Verbundwerkstoff-Versagenstheorien und ermöglicht die Anwendung von eigenen Codes für die weitere Verarbeitung dieser Ergebnisse.
OptiStruct ist ein sehr moderner Solver und bietet Einsatzmöglichkeiten im nichtlinearen Bereich bei der lagenbasierenden Modellierung. Er umfasst zudem die Größenoptimierung zur Auslegung der Strukturkomponenten und ermöglicht die Topologieoptimierung, mit der nachhaltige Gewichtsreduzierungen durch Bestimmen der idealen Materialverteilung vorgenommen werden können. OptiStruct erleichtert die Verbundmaterialmodellierung und berücksichtigt gleichzeitig hunderte von Lastfällen. So kann die Software den besten Auslegungsansatz vorschlagen. Bei der dreistufigen Methode wird zuerst eine Free-size Optimierung durchgeführt, mit der die Verstärkungspositionen basierend auf dem Faserwinkel bestimmt werden. Anschließend zeigt eine Size Optimierung die Anzahl der Schichten auf, die in einer bestimmten Orientierung benötigt werden. Schließlich wird mittels einer Shuffle Optimierung auf Basis der vorangegangenen Ergebnisse die optimale Reihenfolge der Lagen bestimmt.
 Detailliertes Modell und Ergebnisvisualisierung für Strukturen aus Composite Materialien.
Darüber hinaus kann mit der Altair Partner Alliance (APA) auf viele weitere, für die Luft- und Raumfahrtindustrie außerordentlich wichtige Werkzeuge zugegriffen werden. Diese Werkzeuge stehen im Rahmen der APA ebenfalls über die Hyperworks Lizenz zur Verfügung, was es den Anwendern ermöglicht, auch die Software von Drittanbietern nach Bedarf und ohne zusätzliche Kosten zu nutzen.
Beispielsweise sind über die APA auch neun weitere Softwarewerkzeuge zur Auslegung und Analyse von Verbundwerkstoffen verfügbar. Diese Partnerprodukte bieten z. B. bei den ersten Designs von
Verbundmaterialien einen hohen Nutzen und ermöglichen außerdem detaillierte Untersuchungen von Verbindungen oder anderen Bereichen sowie der Mikromechanik, unter anderem, um die individuellen Bestandteile von Verbundwerkstoffen auf einem mikroskopischen Level zu prüfen. Darüber hinaus werden viele weitere Belange der Luft- und Raumfahrtindustrie, wie unter anderem elektromagnetische Analysen, Gusssimulation, thermische Analysen, Computational Fluid Dynamics (CFD) Analysen sowie Dauerfestigkeitsanalysen über die APA adressiert.
Moderne Strukturmodellierung und automatisierte Designprozesse
Hypermesh umfasst Funktionen für die Geometriebearbeitung und -verarbeitung, so kann die Geometrie zur Vernetzung automatisch organisiert werden, was den Luft- und Raumfahrtingenieuren in der Vergangenheit dabei geholfen hat, deutliche Zeiteinsparungen zu erzielen. Das neue Aerospace-Profil der Software enthält Werkzeuge, die speziell auf die Luft- und Raumfahrtindustrie zugeschnitten sind.
So ist das in Hyperview enthaltene Result Math Modul ein Werkzeug, das es den Anwendern ermöglicht, mit ihren Ergebnissen weitere Analysen durchzuführen. So kann z. B. ein Durchschnitt zweier Spannungsergebnisse berechnet werden oder es kann eine anspruchsvollere mathematische Funktion aus der in Hyperview verfügbaren, umfassenden Bibliothek eingesetzt werden, um aus existierenden Ergebnissen neue abzuleiten.
Die Nutzer können darüber hinaus ihre eigenen Bibliotheken hinzufügen oder Skripte und Programme einbinden, die in Result Math verwendet werden, wie beispielweise bei der Berechnung eines Wertes, der wiederum in der auf die Ergebnisse angewendeten Formel verwendet wird. Die Ergebnisse können nach Excel und wieder zurück übertragen werden. So können auch die vielen Spannungsanalysewerkzeuge genutzt werden, die bereits in Tabellenform vorliegen. Hyperview arbeitet mit den meisten der in der Luft- und Raumfahrt verwendeten Solvern, außerdem ermöglicht es mit nur wenigen Mausklicks eine Ergebnisdarstellung in PowerPoint.
Spannungs-, Mechanik- und Schadensanfälligkeitssimulation
Optistruct ist, nach Ansicht seiner Entwickler, der modernste, optimierungsgetriebene Struktur-Solver im Markt. Er wird weltweit in Optimierungszentren, in denen Altair Ingenieure unter anderem ihr Fachwissen an Kunden wie Airbus und Boeing weitergeben, eingesetzt. Dabei erfüllt Optistruct nicht nur alle Anforderungen zur Sicherstellung eines guten Strukturdesigns, die Software analysiert des Weiteren Akustik, Schwingungen und Komfort des Flugzeugentwurfes. In den letzten Versionen der Software wurden viele Funktionen, die nichtlineare Material- und Kontaktanalysen unterstützen, hinzugefügt.
 Strukturmodell eines Flugzeugrumpfes.
Radioss ist ein moderner Solver für hoch nichtlineare Probleme unter dynamischen Lasten. Er ermöglicht die Lösung von Vogelschlag-Simulationen und berechnet die Delaminierung von Verbundwerkstoffen sowie Mehrfachausfälle. Das Tool ist vor allem in der Entwicklung von Flugzeugsitzen weit verbreitet und eignet sich ideal für hochdynamische Simulationen, darunter Sitz- und Insassenanalysen zur Erfüllung der Anforderungen bei der Aufprallzertifizierung.
Motionsolve, ein Mehrkörperdynamik-Solver, ist insbesondere bei der Auslegung von Flugzeugklappen, Fahrwerken und Sitzverstellungsmechanismen von Nutzen. Die Software kann auch für andere Mechanismen angewendet werden. Sie ermöglicht es den Anwendern, hochkomplexe, nichtlineare Systeme aufzubauen und ihre Eigenschaften zu untersuchen.
www.altair.de
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