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Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens
hinsichtlich Steifigkeit und Masse
ANSYS Usersmeeting, Wien, 20. April ...
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Agenda
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 Ausgangssituation
 Konzeptfindung
 Konstruktion & FEM-Modell
 Ergebnisse
 Zusammenfassu...
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Unternehmen
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» Composite Technologie – gesamte Prozesskette
» Automotive Kleinserie
Unternehmen
Ausgan...
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Ausgangssituation
Unternehmen
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Konzeptfindung
Konstruktion & FEM-Modell
Ergebnisse
Zusammenfassun...
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Ausgangssituation
 Konzeption und Entwicklung eines neuen Heckrahmens
 Masse um 20% senken
 Torsionssteifigkeit...
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 Gitterrohrrahmen
 Rahmen aus Profilelementen
 Kastenrahmen
 Monocoque
Konzeptfindung
Unternehmen
Ausgangssitu...
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Konzeptfindung
 Stahl
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 Kurzfaserverstärkte Kunststoffe
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Konzeptfindung
Stahl Aluminium Magnesium
Kurzfaser-
verstärkter
Kunststoff
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Kunststoff
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Konzept Steifigkeit Faktor Masse Faktor Kosten Faktor
Fertigbar-
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Faktor
Funktions-
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Faktor Design ...
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Konstruktion & FEM-Modell
 Definition von drei statischen Lastfällen aus aufgezeichneten Lastkollektiven
Unterne...
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Konstruktion & FEM-Modell
 Topologieoptimierung des vorhandenen Bauraums
Bremsen
Unternehmen
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Konstruktion & FEM-Modell
 Konstruktion der drei Hauptkonzepte
 Ausgehend von Ergebnissen der Topologieoptimier...
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 Zuweisen der Materialeigenschaften
» Stahl, Aluminium, Carbon-UD, SMC
 Preprocessing
» Erstellen der Kontakte,...
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Ergebnisse
Unternehmen
Ausgangssituation
Konzeptfindung
Konstruktion & FEM-Modell
Ergebnisse
Zusammenfassung
Anzu...
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Ergebnisse
 Lastfall: Kurvenfahrt
» Zielverformung< 1,6mm
Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK
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 Sicherheitsfaktoren Lastfall Kurvenfahrt
Ergebnisse
Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK
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» Zielverformung< 0,9mm
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Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK
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 Sicherheitsfaktoren Lastfall Bremsen
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Profilrahmen Stahl Monocoque CfKProfilrahmen CfK
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 Lastfall: Beschleunigen
» Zielverformung< 0,6mm
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Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK
Un...
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 Sicherheitsfaktoren Beschleunigen
Ergebnisse
Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK
Unternehmen
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 Lastfall: Beschleunigen
» Zielverformung< 0,6mm
Ergebnisse
Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK
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Ergebnisse
 Sicherheitsfaktoren Lastfall Torsion
Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK
Unternehmen
A...
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 Minimale Sicherheit gegenüber der materialspezifischen Rp0,2-Werte bei Nicht-FVK-Bauteilen
 Der Inverse Reserv...
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Zusammenfassung
 Torsionssteifigkeit nimmt bei allen Konzepten zu
» (+58% bis + 270%)
 Masse nimmt bei allen Ko...
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Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens
hinsichtlich Steifigkeit und Masse
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit...
Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne!
CADFEM (Austria) GmbH
Wagenseilgasse 14
1120 Wien
Tel. +43 (0)1 587 70 73 –...
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KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 1 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 2 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 3 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 4 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 5 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 6 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 7 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 8 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 9 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 10 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 11 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 12 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 13 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 14 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 15 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 16 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 17 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 18 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 19 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 20 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 21 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 22 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 23 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 24 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 25 KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse Slide 26
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KTM Technologies: Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Festigkeit und Masse

  1. 1. Seite 1 Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Steifigkeit und Masse ANSYS Usersmeeting, Wien, 20. April 2013 Dipl.-Ing.(FH) Sebastian Zapf
  2. 2. Seite 2 Agenda  Unternehmen  Ausgangssituation  Konzeptfindung  Konstruktion & FEM-Modell  Ergebnisse  Zusammenfassung
  3. 3. Seite 3 Unternehmen  Consulting » Composite Technologie – gesamte Prozesskette » Automotive Kleinserie Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung  Technologie » Verfahrens- und Prozessentwicklung » Serientaugliche Halbzeuge » Class-A Verbundsysteme  Produktentwicklung » Bauteil, System und Gesamtfahrzeug » Serienentwicklung & Konstruktion » Werkstoffe und Fertigungsverfahren » Serienüberleitung – inklusive CFK
  4. 4. Seite 4 Ausgangssituation Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung  Aktueller Heckrahmen: Aluminiumschweißkonstruktion  Obere Versteifungsstruktur : Stahl  Fahrwerkslasten führen zu Strukturverformung  Änderungen der Fahrwerkseinstellung zeigen wenig Effekt
  5. 5. Seite 5 Ausgangssituation  Konzeption und Entwicklung eines neuen Heckrahmens  Masse um 20% senken  Torsionssteifigkeit um 20% erhöhen  Verschraubungen für Monocoque, Fahrwerk und Motor sollen beibehalten werden Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  6. 6. Seite 6  Gitterrohrrahmen  Rahmen aus Profilelementen  Kastenrahmen  Monocoque Konzeptfindung Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  7. 7. Seite 7 Konzeptfindung  Stahl  Aluminium  Magnesium  Kurzfaserverstärkte Kunststoffe  Endlosfaserverstärkte Kunststoffe Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  8. 8. Seite 8 Konzeptfindung Stahl Aluminium Magnesium Kurzfaser- verstärkter Kunststoff Endlosfaserverstärkter Kunststoff Gitterrohrrahmen A1 B1 C1 D1 E1 Profilelemente A2 B2 C2 D2 E2 Kastenrahmen A3 B3 C3 D3 E3 Monocoque A4 B4 C4 D4 E4 Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  9. 9. Seite 9 Konzept Steifigkeit Faktor Masse Faktor Kosten Faktor Fertigbar- keit Faktor Funktions- integration Faktor Design Faktor Summe A1 3 3,80 1 4,20 4 4,60 5 3,20 1 2,60 1 1,20 53,80 A2 5 3,80 2 4,20 5 4,60 5 3,20 2 2,60 3 1,20 75,20 A3 5 3,80 1 4,20 4 4,60 3 3,20 3 2,60 2 1,20 61,40 A4 5 3,80 1 4,20 2 4,60 1 3,20 4 2,60 3 1,20 49,60 B1 1 3,80 1 4,20 5 4,60 5 3,20 1 2,60 1 1,20 50,80 B2 2 3,80 2 4,20 5 4,60 5 3,20 2 2,60 3 1,20 63,80 B3 2 3,80 1 4,20 4 4,60 3 3,20 3 2,60 2 1,20 50,00 B4 2 3,80 1 4,20 3 4,60 1 3,20 4 2,60 3 1,20 42,80 C1 1 3,80 1 4,20 4 4,60 4 3,20 1 2,60 1 1,20 43,00 C2 2 3,80 1 4,20 5 4,60 4 3,20 2 2,60 3 1,20 56,40 C3 1 3,80 1 4,20 4 4,60 3 3,20 3 2,60 2 1,20 46,20 C4 2 3,80 1 4,20 2 4,60 1 3,20 4 2,60 3 1,20 38,20 D1 1 3,80 1 4,20 5 4,60 3 3,20 1 2,60 1 1,20 44,40 D2 1 3,80 1 4,20 5 4,60 3 3,20 2 2,60 3 1,20 49,40 D3 1 3,80 1 4,20 4 4,60 3 3,20 3 2,60 2 1,20 46,20 D4 1 3,80 1 4,20 3 4,60 2 3,20 4 2,60 4 1,20 43,40 E1 2 3,80 3 4,20 4 4,60 3 3,20 1 2,60 1 1,20 52,00 E2 5 3,80 5 4,20 4 4,60 3 3,20 2 2,60 3 1,20 76,80 E3 5 3,80 2 4,20 3 4,60 3 3,20 3 2,60 2 1,20 61,00 E4 5 3,80 2 4,20 3 4,60 4 3,20 5 2,60 5 1,20 73,00  Bewertung der 20 Konzepte bezüglich Steifigkeit, Masse, Kosten, Fertigbarkeit, Funktionsintegration und Design  Gewichtete Bewertungskriterien  Festlegung auf drei Hauptkonzepte 1. Profilrahmen aus Stahl 2. Profilrahmen aus CfK 3. Monocoque aus CfK Konzeptfindung Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  10. 10. Seite 10 Konstruktion & FEM-Modell  Definition von drei statischen Lastfällen aus aufgezeichneten Lastkollektiven Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung » Kurvenfahrt, Bremsen, Beschleunigen  Zusätzlich statischen Lastfall Torsion zur Ermittlung der Torsionssteifigkeit
  11. 11. Seite 11 Konstruktion & FEM-Modell  Topologieoptimierung des vorhandenen Bauraums Bremsen Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  12. 12. Seite 12 Konstruktion & FEM-Modell  Konstruktion der drei Hauptkonzepte  Ausgehend von Ergebnissen der Topologieoptimierung 1. CfK-Profile Knoten aus Aluminium und kurzfaserverstärkten Kunststoffen 2. Stahl-Profile Schweißkonstruktion 3. CfK-Monocoque Sandwich-Struktur mit PMI-Schaum und Aluminium-Einlegern an Lasteinleitungsstellen Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  13. 13. Seite 13  Zuweisen der Materialeigenschaften » Stahl, Aluminium, Carbon-UD, SMC  Preprocessing » Erstellen der Kontakte, Vernetzen unter Beachtung von Qualitätskriterien  Feste Einspannungen an Verschraubung zu Monocoque  Lasteinleitung über Remote-Points Konstruktion & FEM-Modell Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  14. 14. Seite 14 Ergebnisse Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung Anzuwenden auf Min. Max. Sicherheitsfaktor gegen Fließen Isotrope Materialien 1,2 - Inverse Reserve Factor für Puck Modified & Max. Stress FVK-Bauteile - 0,5 Verschiebung Fahrwerks- anbindungen - Verschiebungswerte des aktuellen Heckrahmens  Sicherheitsfaktor gegen Fließen für isotrope Materialien  Inverse Reserve Factor (Puck Modified & Max.Stress) für FVK-Bauteile  Max. Verschiebung an den Fahrwerksanbindungen
  15. 15. Seite 15 Ergebnisse  Lastfall: Kurvenfahrt » Zielverformung< 1,6mm Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung Verschiebung [mm] Profilrahmen Stahl 1,1 Profilrahmen CfK 1,0 Monocoque CfK 0,8
  16. 16. Seite 16  Sicherheitsfaktoren Lastfall Kurvenfahrt Ergebnisse Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung Sicherheits- faktor IRF Profilrahmen Stahl 1,8 - Profilrahmen CfK 1,3 0,2 Monocoque CfK 2,6 0,4
  17. 17. Seite 17  Lastfall: Bremsen » Zielverformung< 0,9mm Ergebnisse Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung Verschiebung [mm] Profilrahmen Stahl 0,3 Profilrahmen CfK 0,2 Monocoque CfK 0,5
  18. 18. Seite 18  Sicherheitsfaktoren Lastfall Bremsen Ergebnisse Profilrahmen Stahl Monocoque CfKProfilrahmen CfK Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung Sicherheitsfaktor IRF Profilrahmen Stahl 2,5 - Profilrahmen CfK 4,5 0,1 Monocoque CfK 6,2 0,4
  19. 19. Seite 19  Lastfall: Beschleunigen » Zielverformung< 0,6mm Ergebnisse Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung Verschiebung [mm] Profilrahmen Stahl 0,2 Profilrahmen CfK 0,2 Monocoque CfK 0,4
  20. 20. Seite 20  Sicherheitsfaktoren Beschleunigen Ergebnisse Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung Sicherheits- faktor IRF Profilrahmen Stahl 3,0 - Profilrahmen CfK 3,5 0,1 Monocoque CfK 8,4 0,3
  21. 21. Seite 21  Lastfall: Beschleunigen » Zielverformung< 0,6mm Ergebnisse Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung Verschiebung [mm] Profilrahmen Stahl 0,3 Profilrahmen CfK 0,2 Monocoque CfK 0,2
  22. 22. Seite 22 Ergebnisse  Sicherheitsfaktoren Lastfall Torsion Profilrahmen Stahl Profilrahmen CfK Monocoque CfK Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung Sicherheits faktor IRF Profilrahmen Stahl 1,3 - Profilrahmen CfK 1,2 0,2 Monocoque CfK 1,6 0,5
  23. 23. Seite 23  Minimale Sicherheit gegenüber der materialspezifischen Rp0,2-Werte bei Nicht-FVK-Bauteilen  Der Inverse Reserve Factor für FVK-Bauteile  Die Reduzierung der Verformung und Einsparung an Masse im Vergleich zum aktuellen Heckrahmen Ergebnisse Konzept Masse Torsions-steifigkeit Parameter Lastfall Kurvenfahrt Lastfall Bremsen Lastfall Beschleunigen Lastfall Torsion -3% +58% Min. Sicherheit 1,8 2,5 3,0 1,3 Reduzierung der Verformung 31% 67% 67% 50% -18% +154% Min. Sicherheit 1,3 4,5 3,5 1,2 Reduzierung der Verformung 38% 78% 67% 67% IRF[-] 0,2 0,1 0,1 0,2 -20% +270% Min. Sicherheit 2,6 6,2 8,4 1,6 Reduzierung der Verformung 50% 44% 33% 67% IRF [-] 0,4 0,4 0,3 0,5 Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  24. 24. Seite 24 Zusammenfassung  Torsionssteifigkeit nimmt bei allen Konzepten zu » (+58% bis + 270%)  Masse nimmt bei allen Konzepten ab » (-3% bis -20%)  Max. Verformungen nehmen bei allen Konzepten ab » (-31% bis -78%)  Monocoque-Bauweise sollte weiter verfolgt werden » Durch geänderten Lagenaufbau kann weiter Masse eingespart und die Verformung verringert werden Unternehmen Ausgangssituation Konzeptfindung Konstruktion & FEM-Modell Ergebnisse Zusammenfassung
  25. 25. Seite 25 Konzeptvergleich eines Fahrzeugheckrahmens hinsichtlich Steifigkeit und Masse Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing.(FH) Sebastian Zapf KTM TECHNOLOGIES GMBH St. Leonharder Str.4 A-5081 Salzburg / Anif Phone: +43 6246 73488 9010 E-Mail: info@ktm-technologies.com www.ktm-technologies.com
  26. 26. Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne! CADFEM (Austria) GmbH Wagenseilgasse 14 1120 Wien Tel. +43 (0)1 587 70 73 – 0 E-Mail. info@cadfem.at Web. http://www.cadfem.at Immer aktuell informiert – CADFEM Blog, Xing und Youtube-Channel CADFEM Blog - Umfassend informiert – http://blog.cadfem.at • News zur FEM-Simulation - What‘s hot? What‘s new? • Video-Tutorials - ANSYS, LS DYNA & mehr • Hinter den Kulissen: CADFEM intern CADFEM Youtube Channel - Tips & Trick • Video Tutorials - ANSYS Software und CADFEM Applications CADFEM auf Xing - News kompakt • Vorschau auf Events & Seminare • Neue CADFEM Produkte • CADFEM Jobbörse Fragen? Interesse?
  • chris_1993

    Jan. 24, 2016

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