Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku (zkoušky životnosti, optické m ící systémy)

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku (zkoušky životnosti, optické m ící systémy) Ing. Kv toslav Zdražil Škoda Auto, TKS (Vývoj sva ené karoserie) 13.11.2009

Tento materiál vznikl jako sou ást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpo tem R.

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Úloha experimentu ve fázi návrhu výrobku

Experiment p i vývoji vozu – nic nového …. 2

INVESTICE DO ROZVOJE VZD LÁVÁNÍ

23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Úloha experimentu ve fázi návrhu výrobku Motto:

ím dál od rýsovacího prkna konstruktéra se zjistí nespolehlivost, tím více nás to stojí (A.N. Tupolev)

V sou asnosti je vývoj v automobilovém pr myslu pod obrovským tlakem na snižování asu vývoje a celkových vývojových náklad . Tyto trendy jsou patrné ve všech oblastech vývoje automobil , zejména pak u životnostních zkoušek, které jsou z hlediska asu velmi náro né. Vysoké nároky jsou kladeny na:

- kvalitu vyvíjeného výrobku z komplexního hlediska (životnost, jízdní vlastnosti, ergonomie, crash ….) - rychlou obm nu sortimentu a krátké dodací termíny - vývoj elektriky a elektroniky (spolupráce se specializovanými externími firmami) - ochranu životního prost edí - vysoké cíle (vyšší, než je v danou chvíli bezpodmíne

nutné)

Cíl: spokojený zákazník + náskok p ed konkurencí Experiment má zásadní úlohu – provází celý proces vývoje vozu 3


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Úloha experimentu ve fázi návrhu výrobku (zkoušky životnosti) Co je to experiment ? - metoda v dního poznání, p i níž se zkoumají za kontrolovaných a ízených podmínek jevy reálného sv ta - soubor jednání a pozorování, jehož ú elem je ov it hypotézu nebo poznatek, které n co tvrdí o p inných vztazích ur itých fenomén . Vlastnosti experimentu: - dostate

p esný popis všech relevantních podmínek, v nichž probíhal

- p esný záznam všech postup , které byly použity - podmínka opakovatelnosti experimentu - možnost statistického vyhodnocení – vzorky použité v experimentu musí být reprezentativní svým složením i svým po tem Na rozdíl od prostého pozorování i pokusu experimentátor aktivn ovliv uje podmínky 4


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Úloha experimentu ve fázi návrhu výrobku Materiálová data, frekven ní, tuhostní charakteristiky, validace FEM model , zet žovací spektra (experiment, MBS) Materiálová data

Návrh (modifikace) konstrukce

- Vývoj karoserie - Vývoj podvozku a agregátu

Výpo ty MKP

Tuhost, pevnost, vibrace, hluk, crash, únava ….

- Vývoj elektriky a elektroniky

íprava výroby prototypu a realizace

Laboratorní zkoušky komponent, podsestav, celého vozu

Prototypy komponent, podsestav, celého vozu

Tuhost, pevnost, vibrace, hluk, životnost, crash, spot eba, exhalace ….

Zjednodušené blokové schema

Jízdní zkoušky

EVP, EWP, Škoda. Wi-Fa, So-Fa, Pista, zkoušky odborných útvar zákaznické zkoušky

T 5


Laboratorní zkoušky

Kvalita sériové výroby, zm na dodavatel , zvyšování kvality, snižování náklad ….

GQ 23.10.2009

Jízdní zkoušky

Zkoušky sériové produkce v zákaznických podmínkách

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Za ízení používaná pro u ely laboratorních životnostních zkoušek (karoserie) 1. elektrohydraulické zat žovací stavy

- jednoosé - víceosé - víceosé simulátory vozovky

2. elektrodynamická zkušební za ízení (shakery) - za normálních klimatických podm. - za ztížených klimatických podm. 3. elektromechanická zkušební za ízení (trhací stroj) 4. magnetorezonan ní zkušební za ízení (vysokofrekven ní pulsátor) 5. za ízení pro m ení a záznam provozního namáhání - m ící úst edny - optická za ízení

6


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Elektrohydraulické zat žovací stavy – jednoosé Základem je servohydraulický válec napojený na rozvod hydraulického oleje, vybavený vhodným servoventilem, sníma em zdvihu, sníma em síly (dráhová nebo silová zp tná vazba) a ízený spolehlivým m ícím a regula ním systémem Zp sob zat žování - harmonický

- 1 úrove zat žovací amplitudy (rychlé porovnávací testy) - blokové schema (více blok s r znou amplitudou a st ední hodnotou)

- zat žování náhodným procesem (um le vytvo eným) - simulace reálných provozních podmínek (nutné m ení provozních dat – v tšinou dráha EVP polygonu EHRA)

7


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Blokové schema p ípravy jednoduché zkoušky simulující reálné zat žovací podmínky

8


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Elektrohydraulické zat žovací stavy – jednoosé – p íklady I.

Zkouška torza zadní ásti vozu Škoda Octavia 9


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Elektrohydraulické zat žovací stavy – jednoosé – p íklady II.

Zk. transportních hák Fabia Sedan 10

Zk. bodových svar (kalíšky)


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Elektrohydraulické zat žovací stavy – víceosé 2 a více elektrohydraulických válc zat žujících komponentu nebo podsestavu – tšinou reálnými zat žujícími podmínkami (nutné m ení provozních dat)

2 kanálová zkouška stabilizátoru PN vozu Škoda Fabia

11


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Multiaxiální simulátory vozovky

- dodávány specializovanými firmami - propracované systémy po stránce mechanické, elektronické i po stránce software - náro né na p ípravu zkoušky, na monitoring hu testu i na údržbu - vysoké náklady

Ve vývoji Škoda instalována tato multiaxiální za ízení: 4 kanálový vertikální simulátor vozovky MTS zat žováno syntetickým signálem podle metodiky VW nebo reálným zatížením ze zkušební trati 14 kanálový simulátor vozovky SCHENCK, po modernizaci kompletn ízen elektronikou a software MTS. Možno zkoušet celý v z nebo jednotlivé nápravy, testováno reálným zatížením 16 kanálový simulátor vozovky serie 329 MTS (4 DOF) . Možno zkoušet celý v z nebo jednotlivé nápravy, testováno reálným zatížením 12


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Multiaxiální simulátory vozovky Škoda Fabia Combi - test kotvení zadní nápravy do karoserie 329 Road Simulator

13


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Multiaxiální simulátory vozovky Škoda Fabia Combi - test kotvení p ední nápravy do karoserie 329 Road Simulator

14


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Multiaxiální simulátory vozovky Škoda Octavia Combi - torzní test karoserie 329 Road Simulator

15


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Multiaxiální simulátory vozovky

Škoda Octavia Combi - simulace reálného zatížení 329 Road Simulator

Další p íklady budou na videozáznamech 16


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Elektrodynamické budi e (shakery) - ur eny pro provád ní vibra ních životnostních test Zat žování - sinusovým pr

hem - s konstantní frekvencí (v tšinou rezonan ní) - s prom nlivou frekvencí podle DIN, VW norem

- pr hem s náhodným rozd lením (simulace pr VW norem

hu PSD) podle DIN,

- pr hem s náhodným rozd lením na základ m ení reálného provozního zatížení - zat žování šokovým zatížením (halfsinus) – zkoušky el. komponent dve í Možno provád t další testy – frekven ní analýzy, provozní tvary kmit Po spojení s kluzným stolem možno testovat i ve vodorovné rovin Po spojení s klimakomorou možno provád t kombinované testy vibra ní p i prom nlivé teplot a vlhkosti

17


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Elektrodynamické budi e – p íklad

Sloupek ízení a volant Škoda Fabia na shakeru LDS

18


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Experimentální podpora technických výpo Podpora výpo

(spolupráce s odd. TK/4, TF)

- tuhosti - životnosti - vibrací - crash

Podíl na stavb virtuální modelu vozu

- materiálová data - deforma ní charakteristiky - frekven ní charakteristiky - verifikace model

Nutný vzájemný respekt a vým na informací mezi výpo tá i a laborato í Nejhorší varianta: Výpo tá se bojí zkušebny (odhalí, že jeho analýza není správná) a zkušební technik ignoruje výsledky výpo realit ) 19


(nikdy nemohou odpovídat

23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Zkoušky životnosti Zásadní z hlediska efektivity vývoje je sep tí výpo etních analýz a experimentu koncept hybridního experimentu (fyzikáln – virtuálního)

efektivita

synergický efekt

výpo et

experiment -1000 0

as vývoje

Podmínka: p edávání informací a kontakt mezi výpo tá em a experimentátorem po celý as vývoje

20


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Optické m ící systémy

1988 – reflexní fotoelasticimetrie, polariskop Serie 030 (Vishay Measurement Group) 10/2005 – ARAMIS HS (GOM)

8/2007 – PONTOS HS (GOM)

11/2007 – TRITOP (GOM)

21


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Optické m ící systémy - stanovení rozložení hlavních nap tí (jejich rozdílu) na zat žované konstrukci - pokrytí povrchu opticky aktivní vrstvou, p ilepení reflexním lepidlem - nasvícení povrchu polarizovaným sv tlem - barevné obrazce pozorované v analyzátoru (skládání ádného a odraženého paprsku) odpovídají rozdílu hlavních nap tí - jednotlivé složky hlavních nap tí možno odseparovat – asov pom rn náro né - na konstrukci karoserie ve Škoda - auto metoda naposledy použita p i vývoji vozu Škoda Pick-up - metoda s výhodou používána pro zjiš ování velikosti vnit ního nap tí ve sklech - postupn vytla ena MKP ( asová náro nost, snaha o virtuální prototyp ….)

22


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku

Karoserie vozu Škoda Pick-up – m ení rozložení napjatosti p i torzním namáhání 23


23.10.2009


Využití reflexní fotoelasticimetrie pro zjiš ování vnit ního pnutí automobilových skel 24


23.10.2009

24


Využíván od r. 2005 zejména pro experimentální podporu MKP výpo – zvlášt pro výpo ty simulací crash test a simulací tvá ení - stanovení diagramu True Stress – True Strain u materiálových vzork v sou asné dob stanovena data pro 20 materiál , d ležitých z hlediska MKP výpo nárazových test a MKP simulací procesu tvá ení - s výhodou možno využít pro stanovení koeficientu anizotropie r v sou asné dob probíhají experimenty, zatím nevalidováno s klasickou metodou - stanovení rozložení lokálních deformací v okolí bodových i tavných svar zat žování modelového vzorku p i použití vzork z plech o stejné tlouš ce spojených svarem, byly použity 2 synchronn pracující p ístroje Aramis (spolupráce s MCAE)

i

- stanovení rozložení lokálních deformací reálných díl využíváno zatím v malé mí e – k dispozici je malý po et vzork pro stanovení optimálních parametr , nasvícení …. 25


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Materiál H 260, tl. 0,8 mm - zkušební protokol – diagram True stress – True strain, rozložení hlavních deformací v okamžiku t sn p ed porušením

26


23.10.2009

26

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Protokol z m ení koeficientu anizotropie r materiál H 360LA, tl. 0,8 mm, sm r válcování 45º

ln

w w0

ln

t t0

w

r

t

w

r w

l

27


w

l

t

23.10.2009

0


Protokol z deforma ního testu reálné sou ásti (absorber) 28


23.10.2009


Uspo ádání zkušebních za ízení i deforma ním testu vzorku s bodovým svarem Použity 2 systémy ARAMIS HS, zat žovací stroj ZWICK Z 100, pro ur ení spole ného sou adného systému systém TRITOP (spolupráce s MCAE) 29


23.10.2009


ení lokálních deformací v okolí bodového svaru p i zat žování modelového vzorku (výsledky se v sou asné dob zpracovávají) 30


23.10.2009


Pontos HS – ve Škoda – auto používán od r. 2007, po rozší ení systému Aramis HS (spole ná elektronika) Laboratorní m ení kmitání díl - konstrukce zat žovány pomocí servohydraulických nebo elektrodynamických zkušebních stav - vzhledem k omezené kapacit pam ti kamer nutná kombinace s klasickým ístupem – pomocí akcelerometr a následné FFT ur eny oblasti rezonan ního chování konstrukce, na konstantní frekvenci provedeno m ení Pontosem ení posuv komponent, p ípadn celého vozu - vyšet ování kolizí p i zavírání dve í a vík vozu - m ení posuv komponent (nap . zp tného zrcátka) nebo celého vozu i zkouškách v aerodynamickém tunelu Experimentální podpora MKP výpo 31

(vibrace, CFD ….)


23.10.2009


Uspo ádání zkušebního stavu p i ov ovací zkoušce kmitání kapoty

Multiaxiální servohydraulický simulátor vozovky SCHENCK + ídící a regula ní systém FlexTest IIm (MTS) a m ící systém Pontos HS i m ení byla p ední kola vozu zat žována harmonicky ve svislém sm ru 32


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Protokol z ov ovacího m ení kmitání kapoty Znázorn ny posuvy m ících bod ve spodní a horní úvrati

33


23.10.2009


Protokol z m ení posuvu zadního víka vozu Octavia Combi p i prudkém zav ení 34


23.10.2009


umíst ní systému Pontos p i ení

Požadavek:

i standardn provád ném testu v aerodynamickém tunelu (VW Wolfsburg) zm it pohyby testovaného vzorku (hlavn posuvy bod na p edních a zadních blatnících) 35


23.10.2009


asový záznam posuvu ve sm ru osy X,Y, Z jednoho z m ících bod na karoserii vozu p i zkoušce v aerodynamickém tunelu (výstup ze systému Pontos)

36


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku 0 stup

SK 258 FL, posuvy ru osy z, Optické m ve ícísmsystémy nato ení, rychlost 100, 120, 140 a 160 km/hod.

8

6

SK 258 FL série 4

delta Wz /mm/

SK 258 FL, zaslepená varianta

2

ední blatník

zadní blatník

0 -500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

100 km/hod. 120 km/hod

-2

140 km/hod 160 km/hod -4 X - sou adnice vozu /mm /

Sklon vozu p i r zných rychlostech ofukování (2 varianty zkušebního vzorku) 37


23.10.2009


Systém Tritop ve Škoda – auto používán od konce roku 2007 - m ení deformací u statických zkoušek karoserie a komponent

- použití pro stanovení sou adného systému celého vozu – m ící p ípravky, umíst né do p esn definovaných RPS bod (vy ešeno v rámci diplomové práce)

- stanovení spole ného sou adného systému p i sou asném použití dvou Aramis - experimentální podpora MKP (výpo ty statických deformací)

38


23.10.2009


ípravky pro stanovení SS Pohled na uspo ádání zkušebního stavu p i m ení torzní tuhosti vozu Škoda Fabia pomocí systému Tritop ( ešeno jako téma diplomové práce) 39


23.10.2009


Podmínky pro efektivní využití optických systém ve vývojovém procesu - vyškolený, fundovaný a stabilizovaný personál – znalosti nejen v oblasti funkce a ovládání za ízení, ale i v oblasti nauky o materiálu, pružnosti a pevnosti …. - spolehlivé za ízení a spolehlivý servis - úzká spolupráce s dodavatelem za ízení - ošet ení software (upgrade) - aktivní spolupráce na projektech - schopnost aplikovat optické metody p i ešení konkrétních technických problém - spolehlivé propojení se zat žovacím za ízením (analogové a digitální vstupy) používána za ízení Zwick, MTS, LDS …. - vypisování témat diplomových prací + aktivní práce se studenty (+ pomoc MCAE) - úzký kontakt se zadavatelem testu - p enos informací na ob strany, nalezení spole né srozumitelný zkušební protokol - export výsledk ve formátu, který je akceptovatelný zadavatelem (alespo ASCII) (možnost dalších analýz na stran zadavatele)

40


23.10.2009

i,


Další možný rozvoj optických m ících systém ve Škoda-auto a.s. - zkoušky materiálových vzork

(nutno vy ešit upínací kleštiny) a reálných díl

za vysokých rychlostí ešení omezené kapacity pam tí kamer - prodloužení asu m ení systém Aramis a Pontos p i vysoké vzorkovací frekvenci - stanovení sou adného systému vozu p i m ení jednotlivých komponent (v p ípad celého vozu vy ešeno) - m ení vibrací (Pontos) díl za vysokých teplot - díly agregátu p i zkoušce na motorové brzd (nebezpe í vzplanutí m ících bod ) - možnost optického m ení vibrací ve vozidle na zkušební trati

41


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku Optické m ící systémy kolik informací, které mohou být užite né …. Obdobné zkušebny v R: Škoda-Výzkum Plze Tatra Kop ivnice D – VÚKV Cerhenice TU Liberec SVUM Praha asopis o zkušebních technologiích v automobilovém pr myslu: Testing Technology International (www.ukintpress.com/recard/temcard.html) Specializovaný veletrh zkušebních technologií TESTING EXPO – každý rok, STUTTGART, p íští rok v ervnu

42


23.10.2009


kuji za pozornost Ing. Kv toslav Zdražil odd. TKS, Vývoj sva ené karoserie tel: 326 8 189 84 e-mail: [email protected]

Zvláštní pod kování panu Ing. Z. Šecovi za kvalitní a pe livé zpracování obrazových materiál 43


23.10.2009

Úloha experimentu ve fázi vzniku výrobku (zkoušky životnosti, optické m ící systémy)

Recommend Documents