IGA application on crashworthiness CAE analysis including advanced plasticity and ductile fracture
Uloženo v:
| Název: | IGA application on crashworthiness CAE analysis including advanced plasticity and ductile fracture |
|---|---|
| Autoři: | Martorell Pons, Lluís |
| Thesis Advisors: | Rossi, Riccardo, Barbu, Lucia Gratiela, Escola Tècnica Superior d'Enginyeria de Camins, Canals i Ports de Barcelona |
| Zdroj: | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Informace o vydavateli: | Universitat Politècnica de Catalunya, 2025. |
| Rok vydání: | 2025 |
| Fyzický popis: | 340 p. |
| Témata: | isogeometric analysis, material correlation, crashworthiness application, NVH application, trimmed IGA, automotive industry, Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil, Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria mecànica, 624 - Enginyeria civil i de la construcció en general, 629 - Enginyeria dels vehicles de transport, 621 - Enginyeria mecànica en general. Tecnologia nuclear. Electrotècnia. Maquinària |
| Popis: | Tesi amb menció de Doctorat Internacional i de Doctorat Industrial (Generalitat de Catalunya) |
| Description (Translated): | (English) In the contemporary automotive engineering landscape, increasing demands for efficiency, safety, and sustainability have intensified the pressure on development processes. The reduction of the overall duration of the development of a new vehicle is a key focus for the manufacturers. Despite significant advancements in both Computer Aided Design (CAD) and Computer Aided Engineering (CAE) technologies, these domains remain disconnected, resulting in information loss, workflow inefficiencies, and extended development cycles. While Isogeometric Analysis (IGA) has emerged as a promising approach to bridge this divide by maintaining geometric exactness throughout the analysis chain, its practical implementation in industrial contexts remains low, mainly relegated to investigation on its use but not application in actual production projects. This thesis analyzes the automotive CAD and CAE processes to identify current barriers to IGA implementation by addressing the full spectrum of implementation challenges, from technical limitations to workflow integration and cultural adoption barriers. The focus is on crashworthiness applications but Noise, Vibration, and Harshness (NVH) applications is also explored. The methodology adopted in this work follows a multi-faceted approach. First, a historical analysis of CAD and CAE evolution in automotive applications reveals the fundamental origins of their disconnection. Second, the industrial material testing and modeling for crash simulations is explored, a novel material characterization framework is developed, introducing the Non-Isochoric Plasticity Assessment (NPA) methodology to identify when materials deviate from the traditional assumptions of plasticity, and the use of pressure-dependent plasticity models. Third, numerical investigations identify and analyze the "Cross-Talk effect" in trimmed IGA, culminating in the development of a detection algorithm. Finally, case studies demonstrate the application of IGA in real automotive components, establishing workflow guidelines for industrial implementation. This research aims to reduce the gap between academic IGA research and industrial IGA application by providing insights for both communities. For academic researchers, it highlights the technical, operational, and cultural barriers that currently prevent widespread implementation. For industrial practitioners, it offers a roadmap for incremental IGA adoption that respects existing workflows while leveraging the advantages of the technology. By addressing both theoretical capabilities and practical limitations, this work establishes a foundation for more integrated automotive development processes that can respond to the increasing complexity of vehicle design and performance requirements. (Català) En el panorama contemporani de l'enginyeria automotriu, les creixents demandes d'eficiència, seguretat i sostenibilitat han intensificat la pressió sobre els processos de desenvolupament. La reducció de la durada total del desenvolupament d'un nou vehicle és un enfocament clau per als fabricants. Malgrat els avanços significatius tant en tecnologies de Disseny Assistit per Computadora (CAD) com en Enginyeria Assistida per Computadora (CAE), aquests dominis romanen desconnectats, la qual cosa resulta en pèrdua d'informació, ineficiències en el flux de treball i cicles de desenvolupament estesos. Si bé l'Anàlisi Isogeométrico (IGA) ha sorgit com un enfocament prometedor per a tancar aquesta bretxa mantenint l'exactitud geomètrica al llarg de la cadena d'anàlisi, la seva implementació pràctica en contextos industrials continua sent baixa, principalment relegada a la recerca sobre el seu ús però no a la seva aplicació en projectes de producció reals. Aquesta tesi analitza els processos automotrius de CAD i CAE per a identificar les barreres actuals per a la implementació d'IGA, abordant tot l'espectre de desafiaments d'implementació, des de limitacions tècniques fins a la integració en el flux de treball i barreres d'adopció cultural. L'enfocament està en aplicacions de resistència al xoc, però també s'exploren aplicacions de Soroll, Vibració i Aspror (NVH). La metodologia adoptada en aquest treball segueix un enfocament multifacètic. Primer, una anàlisi històrica de l'evolució de CAD i CAE en aplicacions automotrius revela els orígens fonamentals de la seva desconnexió. Segon, s'exploren les proves i modelatge industrial de materials per a simulacions d'impacte, es desenvolupa un marc nou de caracterització de materials, introduint la metodologia d'Avaluació de Plasticitat No Isocòrica (NPA) per a identificar quan els materials es desvien de les suposicions tradicionals de plasticitat, i l'ús de models de plasticitat dependents de la pressió. Tercer, les recerques numèriques identifiquen i analitzen l'"efecte Cross-Talk" en "trimmed" IGA, culminant en el desenvolupament d'un algorisme de detecció. Finalment, els casos d'estudi demostren l'aplicació d'IGA en components automotrius reals, establint pautes de flux de treball per a la implementació industrial. Aquesta recerca té com a objectiu reduir la bretxa entre la recerca acadèmica d'IGA i l'aplicació industrial d'IGA proporcionant idees per a totes dues comunitats. Per als investigadors acadèmics, destaca les barreres tècniques, operatives i culturals que actualment impedeixen una implementació generalitzada. Per als professionals de la indústria, ofereix un full de ruta per a l'adopció incremental d'IGA que respecta els fluxos de treball existents mentre aprofita els avantatges de la tecnologia. En abordar tant les capacitats teòriques com les limitacions pràctiques, aquest treball estableix una base per a processos de desenvolupament automotriu més integrats que poden respondre a la creixent complexitat dels requisits de disseny i rendiment de vehicles. (Español) En el panorama contemporáneo de la ingeniería automotriz, las crecientes demandas de eficiencia, seguridad y sostenibilidad han intensificado la presión sobre los procesos de desarrollo. La reducción de la duración total del desarrollo de un nuevo vehículo es un enfoque clave para los fabricantes. A pesar de los avances significativos tanto en tecnologías de Diseño Asistido por Computadora (CAD) como en Ingeniería Asistida por Computadora (CAE), estos dominios permanecen desconectados, lo que resulta en pérdida de información, ineficiencias en el flujo de trabajo y ciclos de desarrollo extendidos. Si bien el Análisis Isogeométrico (IGA) ha surgido como un enfoque prometedor para cerrar esta brecha manteniendo la exactitud geométrica a lo largo de la cadena de análisis, su implementación práctica en contextos industriales sigue siendo baja, principalmente relegada a la investigación sobre su uso pero no a su aplicación en proyectos de producción reales. Esta tesis analiza los procesos automotrices de CAD y CAE para identificar las barreras actuales para la implementación de IGA, abordando todo el espectro de desafíos de implementación, desde limitaciones técnicas hasta la integración en el flujo de trabajo y barreras de adopción cultural. El enfoque está en aplicaciones de resistencia al choque, pero también se exploran aplicaciones de Ruido, Vibración y Aspereza (NVH). La metodología adoptada en este trabajo sigue un enfoque multifacético. Primero, un análisis histórico de la evolución de CAD y CAE en aplicaciones automotrices revela los orígenes fundamentales de su desconexión. Segundo, se exploran las pruebas y modelado industrial de materiales para simulaciones de impacto, se desarrolla un marco novedoso de caracterización de materiales, introduciendo la metodología de Evaluación de Plasticidad No Isocórica (NPA) para identificar cuándo los materiales se desvían de las suposiciones tradicionales de plasticidad, y el uso de modelos de plasticidad dependientes de la presión. Tercero, las investigaciones numéricas identifican y analizan el "efecto Cross-Talk" en "trimmed" IGA, culminando en el desarrollo de un algoritmo de detección. Finalmente, los casos de estudio demuestran la aplicación de IGA en componentes automotrices reales, estableciendo pautas de flujo de trabajo para la implementación industrial. Esta investigación tiene como objetivo reducir la brecha entre la investigación académica de IGA y la aplicación industrial de IGA proporcionando ideas para ambas comunidades. Para los investigadores académicos, destaca las barreras técnicas, operativas y culturales que actualmente impiden una implementación generalizada. Para los profesionales de la industria, ofrece una hoja de ruta para la adopción incremental de IGA que respeta los flujos de trabajo existentes mientras aprovecha las ventajas de la tecnología. Al abordar tanto las capacidades teóricas como las limitaciones prácticas, este trabajo establece una base para procesos de desarrollo automotriz más integrados que pueden responder a la creciente complejidad de los requisitos de diseño y rendimiento de vehículos. DOCTORAT EN ENGINYERIA CIVIL (Pla 2012) |
| Druh dokumentu: | Dissertation/Thesis |
| Popis souboru: | application/pdf |
| Jazyk: | English |
| DOI: | 10.5821/dissertation-2117-449595 |
| Přístupová URL adresa: | http://hdl.handle.net/10803/696223 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-449595 |
| Rights: | L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |
| Přístupové číslo: | edstdx.10803.696223 |
| Databáze: | TDX |
Buďte první, kdo okomentuje tento záznam!