Inhalt. CADFEM & ANSYS Numerische Simulationen: Wie und warum? Analyse eines Strömungssensors in ANSYS Workbench

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1 Analyse eines Strömungssensors in ANSYS Workbench Henrik Nordborg CADFEM (Suisse) AG

2 Inhalt CADFEM & ANSYS Numerische Simulationen: Wie und warum? Analyse eines Strömungssensors in ANSYS Workbench Prinzip des Vortex (Wirbel)-Durchflussmessers Aufbau und Simulation mit ANSYS Workbench Aktuelle und künftige Themen High-Performance Computing (HPC) Systemsimulationen Nächste Veranstaltungen Apéro - 1 -

3 CADFEM & ANSYS Sie kümmern sich um das, was für Sie wichtig ist. Den Rest erledigen wir! ANSYS: The right tool for the right job Intuitive User Interface (Workbench 2) CADFEM Software und Support Schulungen Projekte und Consulting Hardware - 2 -

4 Wieso und wann mache ich eine Simulation? Um einen Wert, den ich eh aus Messungen sehr gut kenne, nachzurechnen? Um zu bestätigen, dass bestehende Designs funktionieren? Um zu verstehen, wieso ein schon gebautes Produkt nicht funktioniert hat? Um mein Produkt besser zu verstehen? Um ein bestehendes Produkt zu optimieren oder erheblich zu verbessern? Um neue Produkte zu entwickeln? - 3 -

5 Eine wahre Geschichte Ein grosser Hersteller von Halbleitern wollte einen CVD-Prozess Optimieren um eine möglichst homogene Schichtdicke zu erhalten. 20% Abweichung Originaldesign, Messung Originaldesign, Simulation Neues Design, Simulation Neues Design, Messung - 4 -

6 Vortex-Durchflussmesser Die Kármánsche Wirbelstrasse wird genutzt um die Strömungsgeschwindigkeit zu messen: f = v d Sr Die Frequenz ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit Sr ist die Strouhal-Zahl Hersteller: ABB, Endress & Hauser, etc - 5 -

7 Was wir gerne wissen möchten Wie gross ist die Strouhalzahl? Welche Frequenzen muss ich messen können. Wie gross ist die Kraft auf den Sensor? In welchem Strömungsbereich habe ich ein brauchbares Signal Wie gross soll der Störkörper sein, verglichen mit dem Durchmesser der Rohrleitung? Gibt es eine optimale Form? Wie gross wird der Druckabfall? Wie lang muss das gerade Stück der Rohrleitung sein? Welche Toleranzen habe ich (robust design)?. Kann ich das alles in einer Woche beantworten? - 6 -

8 Simulation mit ANSYS Workbench - 7 -

9 Design Modeler einfache parametrische Geometrie - 8 -

10 Simulation mit ANSYS Workbench - 9 -

11 Die Parameter werden zentral Verwaltet

12 Simulation mit ANSYS Workbench

13 ANSYS Workbench Meshing Jede vernünftige Geometrie kann vernetzt werden Globale Optionen: Wenig Handarbeit nötig um ein gutes Netz zu bekommen

14 Stationäre Strömungsberechnung

15 Simulation mit ANSYS Workbench

16 Transiente Strömungsberechnung

17 Kraft auf die Platte Die Kraft wird vom CFX- Solver ausgewertet und die Frequenz kann direkt abgelesen werden

18 Simulation mit ANSYS Workbench

19 Strukturdynamik

20 Simulation mit ANSYS Workbench

21 Gekoppelte Simulationen

22 Zusammenfassung Komplexe Analysen direkt in ANSYS Workbench möglich IcePak, Fluent, CFX für Strömungsanalyse Strukturmechanik: Von Design Space bis Mechanical Elektromagnetische Simulationen (Kopplung an Maxwell) Gekoppelte Simulationen werden unterstützt Parameterstudien und Optimierung vorhanden Optimierung mit Design Exploration Datenmanagement WB verwaltet die Daten Anbindung an ANSYS EKM möglich

23 High-Performance Computing Eine kleine Workstation heute hat 4 Kerne, 12 GB RAM und kostet weniger als CHF 5000 Eine sehr gute Workstation hat 8 Kerne, 32 GB RAM und kostet etwa CHF 8500 Für noch mehr Rechenleistung kann man einen Cluster kaufen ( kchf ) Paralleles Rechnen lohnt sich (fast) immer Weniger Rechenzeit Weniger Aufwand um die Modelle zu vereinfachen Neues wird möglich

24 Systemsimulationen Wir brauchen die Eigenschaften des gesamten Systems Mit FEM oder CFD können wir normalerweise nur Teilsysteme analysieren ANSOFT Simplorer verbindet die beiden Welten Co-Simulation Automatische Erstellung vereinfachter Modelle From ~45,000 equations to 18 states and 6 terminals (Rotational and translational for each DOF)

25 Systemsimulation in ANSYS Icepak Maxwell ANSYS Mechanical Q3D CFD

26 ElectricalDegree [deg] Curve Info LineCurrentAC Setup1 : Performance LineCurrentBA Setup1 : Performance LineCurrentCB Setup1 : Performance Phas ecur rent1b Setup1 : Performance Phas ecur rent1c Setup1 : Performance Sourc ecurr ent Setup1 : Performance ANSOFT Maxwell für elektromagnetische Aufgaben Ansoft LLC Y1 [A] Current 01 RMxpert Design Phas ecur rent1a Setup1 : Performance Phas ecur rent1d Setup1 : Performance Mit ein paar Parametern zu einem 2D/3D FEM Modell

27

28 Weitere Veranstaltungen SWISS VPE Symposium, Rapperswil, 22. April ANSYS Infotag Elektromechanik, Zürich, 27. Mai CADFEM Users Meeting, Zürich Juni Seminare in Aadorf ( ) Schnuppertraining: 7. April, 5. Mai oder rufen Sie doch einfach an wenn Sie was brauchen! Danke & Prost!

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