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Motorberechnung mit PERMAS

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Für die Berechnung von Verbrennungsmotoren spielen viele physikalische Effekte eine wichtige Rolle. Im Bereich der Statik sind es Dichtheit und Festigkeit unter sich ändernden Temperaturbedingungen und im Bereich der Dynamik Schallabstrahlung und Frequenzgang mit allen Anbauteilen. Der Einfluss der Temperatur erfordert zumindest in der Statik eine gekoppelte Analyse unter Einbeziehung der Wärmeleitung. Bei der Montage müssen die Schraubenvorspannungen berücksichtigt werden und für Schraubenanzug und Betriebslasten ist eine präzise Nachbildung der Belastungsfolge erforderlich. Dazu kommen Effekte aus nichtlinearem Materialverhalten. Diese und andere Effekte müssen bei der Motorenberechnung einbezogen werden. Eine Freiformoptimierung ermöglicht Gewichtsreduktion bei verbesserten Produkteigenschaften
Vorteile und besondere Stärken
PERMAS Leistungsaspekte
Aufgrund der typischen großen Modelle in der Motorberechnung orientieren sich alle Berechnungsmethoden an höchstmöglicher Effizienz. Hervorzuheben sind dabei:
  • deutlich kürzere Rechenzeiten als Sie erwarten und kennen (wir nehmen Ihre Herausforderung an: info@intes.de),
  • geringere Softwarekosten, geringere Hardwarekosten, schnellere Produktzyklen, mehr Varianten, bessere Kenntnisse über das Bauteilverhalten und bessere Produkte erhalten Sie durch kürzere Rechenzeiten,
  • Kontaktalgorithmen, die für sehr große Modelle ausgelegt sind,
  • Rechenzeiten wie von linearen Modellen gewohnt, aber mit nichtlinearen Dichtungselementen, durch eigenen Löser, der eine automatische Kondensation erlaubt,
  • Beschleunigung für Variantenanalyse und Optimierung durch Präkonditionierung des Kontaktlösers,
  • enorm schnell durch PERMAS HPC Basistechnologie, wie Kontaktanalyse, Parallelisierung und GPU-Verwendung.
Temperaturberechnung
Temperaturberechnung
Anwendungsbeispiele sind die Berechnung der Betriebstemperaturen und das Härten im Ölbad durch Simulation des Abkühlvorgangs.
  • Verfügbare Funktionalitäten:
    • Nichtlineares Material mit temperaturabhängiger Konduktivität und Kapazität,
    • Temperaturabhängiger Wärmeübergang zur Modellierung des Wärmeaustauschs mit der Umgebung,
    • Vollautomatisches Lösungsverfahren für nichtlineare Wärmeleitungsberechnungen mit Schrittweitensteuerung und mehreren Konvergenzkriterien, ein automatisches Lastschrittverfahren für den stationären und ein automatisches Zeitschrittverfahren für den transienten Fall,
    • Komfortable und sehr detaillierte Beschreibungsmethode für die Lastaufbringung und Vorgabe der Ergebniszeitpunkte,
    • Vollständige Kopplung zur statischen Analyse vorhanden (stationär und transient),
    • Wenn der Wärmeaustausch durch Strahlung einen Einfluss auf die Ergebnisse hat, kann dieser in der Temperaturberechnung einbezogen werden.
Statik
Diesel Engine
1 1/2 Zylinder Motormodell (Hexaeder!)
Schraubenvorspannung mit Flanken- und Steigungswinkel
Schraubenvorspannung mit Flanken-
und Steigungswinkel
Statische Berechnungen mit PERMAS
Die Verformungen werden berechnet unter verschiedenen Belastungen mit linearem und nichtlinearem Materialverhalten:
  • Nichtlineare Materialmodelle:
    • Plastische Verformung,
    • Nichtlinear-elastisch,
    • Kriechen,
    • Grauguss mit unterschiedlichem Verhalten im Zug und Druckbereich.
  • Dichtungselemente:
    • Komfortable Simulation von Dichtungen,
    • Verhalten basiert auf Druck-Weg-Messkurven,
    • Eingabe einer Vielzahl von Entlastungspfaden möglich.
  • Kontaktanalyse:
    • Viele Kontakte können berücksichtigt werden (>>30000),
    • Konkurrenzlos schnelle Lösungszeiten,
    • Neueste Solvertechnologie,
    • Reibung kann mit Wechsel zwischen Haft- und Gleitreibung berücksichtigt werden,
    • Vorspannung wird in einem Rechenschritt exakt aufgebracht,
    • Beschreibung einer realitätsnahen Lastgeschichte,
    • Kontaktergebnisse: Pressung, Kontaktstatus, Knotenkräfte, Sättigung, etc.
  • Modellierung:
    • Schraubenvorspannung mit parametriesiertem Gewinde,
    • Pressitzmodelierung linear und nichtlinear,
  • Submodel-Technik (Spannungslupe):
    • Für nachträgliche Detailuntersuchungen,
    • Automatische Interpolation der Verschiebungen auf ein feineres Netz als Randbedingungen,
    • Damit wird eine lokale Berechnung durchgeführt, um z.B. genauere Spannungen zu erhalten.
Höchstleistung
PERMAS Leistungsaspekte
Aufgrund der typischen großen Modelle in der Motorberechnung orientieren sich alle Berechnungsmethoden an höchstmöglicher Effizienz. Hervorzuheben sind dabei:
  • hervorragende Leistung durch spezielle Algorithmen für große Modelle mit nichtlinearem Materialverhalten und Kontakt,
  • Auslegung der Kontaktalgorithmen grundsätzlich für große Modelle mit vielen Kontakten,
  • konkurenzlos schnelles Verfahren bei der Kombination von linearem Materialverhalten und Kontakt.
Dynamik
Vibroakustik mit PERMAS
Durch die Verwendung der gleichen Software für dynamische und statische Simulationen ist nur ein Modell notwendig. Alle dynamischen Verfahren stehen für die Motorberechnung zur Verfügung. Einige wichtige Punkte sind hier:
  • Für die Ermittlung von Eigenwerte und -formen für große Volumenmodelle steht MLDR zur Verfügung.
  • Schnelle Kondensationsverfahren erlauben die dynamische Berechnung von Motoren mit vielen Anbauteilen.
  • Mit der trockenen Kondensation können auch Fluide korrekt in ein mechanisches Modell integriert werden, ohne Druckfreiheitsgrade direkt mitzunehmen (z.B. bei der Ölwanne).
  • Eine Bewertung der Luftschallemission kann über Oberflächenschnellen erfolgen.
INTES Motor
Motor mit Schrauben und Zylinderkopfdichtung
Gasket
Dichtung mit Druckergebnis
valve train
Statische Analyse eines Ventiltriebs
mit großen Drehungen
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