NUMERISCHE SIMULATION IM ARMATURENBAU

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1 NUMERISCHE SIMULATION IM ARMATURENBAU

2 MERKLE & PARTNER Seit mehr als 20 Jahren ein zuverlässiger Partner für ingenieurwissenschaftliche Berechnungen und Simulationen Methodenentwicklung Strukturanalyse Strömungsmechanik Virtuelle Produktentwicklung und Konstruktion Bauteiloptimierung Schadensanalyse MERKLE & PARTNER wurde 1989 als eines der ersten Dienstleistungsunternehmen im CAE-Bereich in Deutschland gegründet. Heute bearbeiten rund 50 Mitarbeiter an den Standorten Heidenheim, Hamburg und Ingolstadt über 500 Projekte im Jahr. MERKLE & PARTNER ist damit führend im Bereich ingenieurwissenschaftlicher Berechnungen und Simulationen. Wir berechnen alle Aufgabenstellungen im Bereich Strukturmechanik, Strömungsmechanik, Mehrkörpersimulation, Bauteiloptimierung u.v.m. Zudem entwickeln wir virtuell neue Produkte und begleiten Entwicklungsprozesse von der ersten Idee bis zum funktionstüchtigen Endprodukt. Wir liefern, was wir versprechen! Mit unserer langjährigen Erfahrung und der erforderlichen Hard- und Software garantieren wir Ihnen höchsten Einsatz und beste Ergebnisse. 2

3 Warum Simulation? Anhand der Simulation können potenzielle Produkte in Form von virtuellen Prototypen auf Funktionalität, physikalische Eigenschaften und späteres Einsatzverhalten hin untersucht werden. Die traditionelle Produktentwicklung hat zur Folge, dass Prototypen gebaut und Versuche durchgeführt werden müssen. Tatsächliche Produkteigenschaften können so vorab nicht erkannt werden. Durch ein try-and-error -Vorgehen treten Probleme oftmals erst nach der Markteinführung auf, wodurch hohe Kosten entstehen. Die Vorteile der Simulation liegen in ihrer Schnelligkeit und Kosteneffektivität. Zudem liefern die virtuellen Prototypen einen weitaus höheren Detaillierungsgrad an Informationen, als es ein realer Versuch je leisten könnte. Alle Vorteile auf einen Blick: für eine Vielzahl technischer Aufgabenstellungen einsetzbar Schnelligkeit (durch virtuelle Prototypen) Risikominimierung Verkürzung von Entwicklungszeiten Kostenersparnis grafische Visualisierung von Berechnungsergebnissen Tests neuer Entwurfskonzepte möglich Parameterstudien was-wäre-wenn -Studien OHNE SIMULATION MIT SIMULATION Auslegung Geometriemodell Prototyp Versuch Optimierung Auslegung Geometriemodell Simulation Voroptimierung Prototyp Versuch Optimierung 3

4 KERNKOMPETENZ STRUKTURMECHANIK F I N I T E E L E M E N T E M E T H O D E Anwendungsgebiete» Beulen» lineares Beulen nach Euler» nicht-lineares Beulen» Verzweigungsbeulen» elastoplastisches Beulen» Dynamik / Schwingung» Modalanalyse (Eigenfrequenzbestimmung)» Frequenzganganalyse» Zufallsanalyse» harmonische Antwort» Stoßanalyse» Spektralanalyse» Erdbeben-Simulation» Festigkeit (linear und nicht-linear)» FSI Fluid-Struktur-Kopplung» Gummi- und Dichtungsberechnung» Kontakt (mit und ohne Reibung)» Kunststoff-Berechnungen» Kurzzeitdynamik» Crash» Drop-Test» Containment» Lebensdaueruntersuchung» High-Cycle Fatigue» Low-Cycle Fatigue» Plastizität» idealplastisches Verhalten» Spannungs-Dehnungs-Abhängigkeiten» Verfestigung» zyklische Plastizität» thermische Aufgabenstellungen» stationär» instationär» linear» nicht-linear» Strahlung» Thermoelastizität» Thermoplastizität» Kriechen» Thermoschock i Das Hauptaufgabengebiet der Strukturmechanik ist die Berechnung, Simulation und Optimierung von Bauteilen und komplexen Baugruppen zur Ermittlung von physikalischen Eigenschaften (Kräfte, Spannungen, Verformungen). Die Aufgabenstellungen kommen dabei aus den unterschiedlichsten Branchen. 4

5 KERNKOMPETENZ STRÖMUNGSMECHANIK C O M P U T A T I O N A L F L U I D D Y N A M I C S Anwendungsgebiete» stationäre / instationäre Strömungen» laminare / turbulente Strömungen» Strömungen mit Wärmeübergang Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung» Strömungen mit chem. Reaktionen» Mehrphasenströmungen Flüssigkeit-Gas-Gemische Nicht-Newtonsche Fluide partikelbehaftete Strömungen» Strömungsmaschinen Gebläse / Ventilatoren» bewegte Gitter Luftfahrt Pumpen & Turbomaschinen Automobilindustrie Chemie & Verfahrenstechnik Branchen Elektronik Energieerzeugung 5

6 FEM-ANALYSE EINES KLAPPENVENTILS DRUCK- UND BESCHLEUNIGUNGSLASTEN / VIBRATION / SCHOCK / EIGENMODEN Geometrie Eigenmoden i Unsere Leistungen Ermittlung strukturmechanischer Belastungen Nachweis nach internationalen Normen z.b. russische Norm GOST Vibration Druck- und Beschleunigungslasten Mit freundlicher Genehmigung von Leusch GmbH Industriearmaturen 6

7 OPTIMIERUNG EINER BADEWANNENARMATUR STRÖMUNGS-/TEMPERATURVERTEILUNG, VOLUMENSTROM i Unsere Leistungen Bestimmung der Förderwerte (z.b. Durchflussmenge, Druckdifferenzen) Ermittlung der Strömungs- und Temperaturverteilung sowie Mischvorgänge Geometrieoptimierung (z.b. hinsichtlich des max. Volumenstroms) Optimierung des Volumenstroms Strömungs- und Temperaturverteilung Var. 00 Var. 01 Var. 02 Var. 03 Var

8 CFD-ANALYSE EINES SYSTEMTRENNERS DRUCKBEANSPRUCHUNG DER BAUTEILE / DRUCKDIFFERENZEN i Unsere Leistungen Ermittlung der Druckdifferenzen innerhalb des Systemtrenners Beanspruchung der Bauteile aufgrund der Strömung Ermittlung der Druckdifferenz bei verschiedenen Volumenströmen oder Ventilstellungen Druckdifferenz im Systemtrenner Druckdifferenz bei verschiedenen Volumenströmen Differenzdruck [bar] Durchfluss [m³/h] Druckbeanspruchung der Ventile 8

9 KAVITATIONSANALYSE EINES SCHIEBEVENTILS DRUCKDIFFERENZEN / KAVITATIONSGEFÄHRDETE BEREICHE Bereiche mit Kavitation Strömung mit Stromlinien i Unsere Leistungen Aufzeigen von Bereichen mit Kavitationsgefahr Analyse des statischen und totalen Drucks Ermittlung von k V -Werten statischer Druck < Verdampfungsdruck 9

10 1D-SIMULATION EINER MASSENSTROMREGELUNG BEI KFZ-AUSSTRÖMERN REGELUNG ÜBER DIE LAMELLENSTELLUNG 1D-Modell: Regelung des Massenstroms KFZ-Ausströmer Lamellen Massenstrom [kg/s] 10,00 8,00 6,00 4,00 Massenstrom 2,00 i Unsere Leistungen Entwicklung von 1D-Modellen für verschiedene Aufgabenstellungen Zeit [s] 10

11 STRÖMUNGSMECHANIK IM AUTOMOBILBAU Unsere Leistungen für die Automobilindustrie Aeroakustik Innenraumklimatisierung Scheinwerfer-Simulation De-Icing Außenaerodynamik Strömungsberechnung im Motorraum Turbolader-Optimierung 1D-Simulation Softwareunterstützte Kanaloptimierung Freibewitterung Ventildurchströmung 11

12 SOFTWARE-TOOLS ÜBERSICHT DER EINGESETZTEN SOFTWARE-TOOLS CAD CATIA PRO/ENGINEER UG(NX) INVENTOR/AUTOCAD CRASH/DROPTEST/EXPLOSION ABAQUS explizit LS-DYNA RADIOSS ELEKTROMAGNETISMUS MAXWELL FESTIGKEIT/TEMPERATUR ABAQUS ANSYS NASTRAN LEBENSDAUER FEMFAT MATERIALUMWANDLUNG SYSWELD MEHRKÖRPERSIMULATION ADAMS OPTIMIERUNG OPTISTRUCT OPTISLANG PRE-/POST PROCESSOR ANSA ENSIGHT HYPERWORKS SPRITZGUSS-SIMULATION CADMOLD STRÖMUNGSMECHANIK STAR-CD STAR-CCM CFX FLUENT OPENFOAM VECTIS MGLET TOSCA KULI RADTHERM AURA ICEM CFD ANSA TECHNISCHE BERECHNUNGEN MATLAB / SIMULINK MATHEMATICA MDESIGN TIEFZIEHSIMULATION AUTOFORM PAM-STAMP 12

13 REFERENZKUNDEN GEMEINSAM IDEEN VERWIRKLICHEN AUDI AG BERU Electronics GmbH BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Cofely Refrigeration GmbH DAIMLER AG DIEFFENBACHER GmbH Dr. Schneider Kunststoffwerke GmbH EADS Deutschland GmbH ETIMEX Technical Components GmbH General Dynamics European Land Sys. Germany GmbH Handtmann-Systemtechnik GmbH & Co. KG INA-Schaeffler KG Johnson Matthey Catalysts GmbH Kayser-Threde GmbH KLAUS Multiparking GmbH KSB AG Leuze electronic GmbH & Co. KG MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik AG & Co KG MAN Diesel SE NuCellSys GmbH Pollrich Ventilatoren GmbH Quattro GmbH RENK AG Robert Bosch GmbH Robert Bürkle GmbH Rütschi Fluid AG Thales Electron Devices GmbH Trützschler Nonwovens GmbH VOITH Turbo GmbH & Co. KG Volkswagen AG... und viele weitere Unternehmen. 13

14 EWE Firmenzentrale Heidenheim an der Brenz MERKLE & PARTNER GbR Ingenieurbüro für Strukturanalyse, FEM, CFD Friedrichstr Heidenheim Tel. 49 (0) Fax 49 (0) info@merkle-partner.de