Simulationstechnik

Im Rahmen der Forschung und Entwicklung werden am FMDauto -Insitut u. a. die folgenden Simulationsmethoden verwendet:

Zur Berechnung und Optimierung von Strömungsfeldern, z. B. bei der Umströmung stumpfer Körper oder in Maschinen. Mit diesem Verfahren wurden in der Vergangenheit Proportionalventile, Pumpen, Gebläse, eine Barrenfräsmaschine und die Prozesse in verschiedenen Landmaschinen optimiert.

Strömungsbild und Differenzdruckverteilung an einer Häckselklinge sowie Partikelströmung in einem Häckselaggregat [1]

Finite-Elemente-Methode (FEM)

Für Simulationen auf dem Gebiet der Struktur- bzw. Kontinuumsmechanik und Schwingungstechnik. Damit werden Bauteile ihrer Belastung entsprechend ausgelegt. Der Fokus liegt hierbei auf einem möglichst effizienten Materialeinsatz bei Gewährleistung der geforderten Dauerhaltbarkeit. So kann bei einer vorgegebenen Belastung mit Hilfe der Topologieoptimierung die Grundform eines Körpers bestimmt werden. In diesem Zusammenhang kommt häufig auch die Bionik ins Spiel. Ferner dient die FEM zur Durchführung von Modalanalysen um z. B. das Schwingungsverhalten eines Körpers zu ermitteln.

Vergleichsspannung nach von Mises für einen unter statischem Druck stehenden Behälter und einen statisch belasteten Biegebalken

Zur Ermittlung und Optimierung der Bewegungen von gelenkig miteinander verbundenen starren oder elastischen Körpern und damit zur Analyse und Optimierung der Kinematik und Kinetik gleichförmig und ungleichförmig übersetzender Getriebe. Damit wurden z. B. ein Getriebe für den Antrieb eines Doppelmesserschneidwerkes, die Bewegung der Kippmulde eines Behälters für Metallabfälle und landtechnische Schnittprozesse untersucht.

Darstellung eines Getriebes für den Antrieb eines Doppelmesserschneidwerkes mittels CAD und Trägheitsellipsoiden sowie des dazugehörigen MATLAB SIMMECHANICS-Schaltbildest [2]

Zur Simulation von Partikelbewegungen bzw. -strömungen. Zu den bisher damit durchgeführten Berechnungen gehören die Untersuchung und Optimierung eines Mähdrescherhäckslers, Entwicklung eines Elektroabscheiders und Optimierung von Anlagen zur Förderung von Schüttgütern.

Zur domänenübergreifenden Berechnung komplexer Zusammenhänge, die sich durch alleinige Anwendung einer Simulationsmethode nicht durchführen lassen. Es werden dazu sowohl Simulationsprogramme verwendet, die mehrere Simulationsmethoden abdecken als auch selbst entwickelte Programme zur Kopplung verschiedener Simulationssoftware, wie z. B. ANSYS CFX und MATLAB SIMMECHANICS. Damit lassen sich z. B. landtechnische Schnittprozesse unter Berücksichtigung sämtlicher an dem Schnittvorgang beteiligter Effekte virtuell abbilden.

Kopplung der Mehrkörper- und Strömungssimulation zur Abbildung landtechnischer Schnittprozesse [3]

Das Institut verfügt über verschiedene Simulationsprogramme. Kleinere Berechnungen werden auf Einzelplatzrechnern und größere auf Rechnerclustern durchgeführt.

Quellen:
[1] Jahr, A.; Corves, B.; Batos, A.; Wenzel, O.: Abbildung und Analyse von Schnittprozessen mit Hilfe der Mehrkörper- und Strömungssimulation – Modellierung eines Mehrkörper-Teilungsprozesses und Ermittlung der erforderlichen Antriebsleistung eines Häckslers. In: 66. Internationale Tagung Landtechnik (Stuttgart-Hohenheim, 25.-26.09.2008), VDI-Berichte Nr. 2045, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf, 2008, ISBN 978-3-18-092045-0, S. 247-255.
[2] Jahr, A.; Batos, A.: Mehrkörpermechanik-Anwendungen in der Landtechnik = Use of Multi-Body Mechanics in Agricultural Engineering. In: 8. Kolloquium Getriebetechnik – Aachen 2009 (Aachen, 16.-18.09.2009), Verlagshaus Mainz GmbH Aachen, 1. Auflage, Aachen, 2009, ISBN 3-86130-984-X, S. 287-296.
[3] Batos, A.: Domänenübergreifende Mehrkörpersimulation bei Teilungsprozessen pflanzlicher Erntegüter. Dissertation, RWTH Aachen, 1. Auflage, Verlagshaus Mainz GmbH, Aachen, 2016.