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Mobile Maschinen 3/2017

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SOFTWARE I SIMULATION

SOFTWARE I SIMULATION Welchen Einfluss hat der Kies auf den Bagger? Effiziente Berechnung von Maschine-Schüttgut-Interaktion Im Maschinen- und Anlagenbau muss heute in immer kürzerer Zeit ermittelt werden, ob eine zu entwickelnde Maschine oder Anlage die angefragten Arbeitsaufgaben bewältigen kann. Die richtigen Softwaretools können dabei helfen, aufwändige experimentelle Untersuchungen deutlich zu reduzieren. Autoren: Dipl.-Ing. Christian Richter, TU Dresden, Stiftungsprofessur für Baumaschinen Dipl.-Ing. Florian Ohser, Engineering, ESI ITI GmbH Für eine effizientere Entwicklung der Maschinen ist es notwendig, bereits bei der Konstruktion die bei der Arbeit auftretenden Prozesslasten so detailliert wie möglich zu kennen. Diese hängen unter anderem vom Maschinentyp, der Arbeitsauf gabe, dem Maschinenbediener und in vielen Bereichen auch von der Wechselwirkung mit dem von der Maschine zu bewegenden Schüttgütern ab. Die aufwän- dige experimentelle Bestimmung dieser Lasten ist aber in den immer kürzer werdenden Entwicklungszeit räumen meist nicht mehr durchführbar oder zu teuer. Maschinenverhalten unter realen Betriebsbedingungen Um ohne beziehungsweise mit wenig experimentellen Untersuchungen die Prozesslasten zu erhalten, werden zunehmend gekoppelte Simulationen eingesetzt. Für die Simulation des Maschinenverhaltens kommen dabei oft Systemmodelle zum Einsatz. Diese Modelle beschreiben die Anlage als ein Netzwerk aus Komponenten und Teilsystemen aus unterschiedlichen physika lischen Fachbereichen, wie der Hydraulik, der Elektrotechnik oder der Regelungstechnik. Die Bewegung des 28 Mobile Maschinen 3/2017

SIMULATION I SOFTWARE Schüttguts und die Rückwirkung auf die am Prozess beteiligten Bauteile kann mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) berechnet werden. In Abbildung 1 ist ein in der DEM häufig verwendetes Kontaktmodell dargestellt. Im Rahmen des Forschungsprojektes DEM-4-X ent wickelten die Projektpartner TU Dresden, IBAF GmbH und ESI ITI GmbH eine neue Kopplungsstrategie für SimulationX mit der quelloffenen DEM-Software LIGGGHTS. Für die Integration der DEM-Funktionalität in SimulationX wurde eine Bibliothek erstellt, mit der ein Maschinenmodell mit DEM-Komponenten erweitert werden kann. Um diese objektorientierte Modellstruktur in eine für LIGGGHTS verständliche Befehlssequenz umzuwandeln und umgekehrt, bedurfte es zusätzlich der Entwicklung eines Übersetzers. Mit Hilfe eines ebenfalls neu entwickelten Serverdiensts werden alle Teile in einer netzwerkbasierten Infrastruktur für Co-Simulation zusammengeführt. Auf diese Weise können für komplexe DEM-Berechnungen auch leistungsfähige High-Performance Cluster (HPC) genutzt werden, die die Ingenieure deutlich schneller zum gewünschten Rechenergebnis führen. Entwicklungszeit sparen Die Bibliothek teilt sich in vier verschiedene Bereiche auf. Den ersten Teil bilden die Basiselemente, welche zur Festlegung allgemeiner Parameter sowie zur Definition räumlicher Abgrenzungen und geometrischer Körper dienen. Den zweiten Teil bilden die Elemente zur Partikelgenerierung und -auslöschung. Die dritte Kategorie umfasst die Sensorelemente, die sowohl 01 Beispiel eines Kontaktmodells für die Diskrete-Elemente- Methode 02 Multisphere- Approximation eines Steins den Fluss als auch Masse und Anzahl der Partikel messen können. Die vierte Kategorie stellt verschiedene Beispiele und Testmodelle zur Verfügung. Als völlig neue Funktionalität im Bereich der DEM wurde die Möglichkeit geschaffen, bewegte und beschleunigte Simulationsräume (Inertialsysteme) zu verwenden. Als Beispiel sei hier die Ladefläche eines sich bewegenden Lkws genannt. Dies führt zum einem zu einer Verringerung von Rechenzeiten, vergrößert das Einsatzspektrum der DEM und ist somit ein weiteres Alleinstellungsmerkmal gegenüber ähnlichen Lösungen. Integrierte Materialdatenbank Die Parametrierung der stofflichen Eigenschaften von DEM-Modellen stellt für die Nutzer üblicherweise eine große Herausforderung dar. Eines der Hauptziele bestand daher im Aufbau einer Materialdatenbank, welche Parametersätze zur möglichst realitätsnahen Beschreibung verschiedener granularer Materialien erlaubt. Die Auswahl der zu untersuchenden Materialien erfolgte nach Gesichtspunkten potentieller Anwendungsgebiete der Gesamtlösung. Untersucht wurden unter anderem Sand und Kies (Baumaschinentechnik), Steinkohle, Braunkohle, Eisenerz und Kalisalz (Bergbau und Fördertechnik) sowie Mais und Weizen (Landmaschinen-/Lebensmitteltechnik). Zur Abbildung großer Steine oder Felsbrocken wurde eine Funktion implementiert, welche die Verwendung von Multisphere-Materialien erlaubt. Dabei wird ein Verbund mehrerer Kugeln gebildet, STARKE BEDIENSYSTEME FÜR VIELSEITIGE ANSPRÜCHE SICHER. VIELSEITIG. INDIVIDUELL. Etabliert im Bereich der Kommunal- und Umwelttechnik entwickeln und liefern wir individuelle Bediensysteme. Ob Schnee räumen, Parks pflegen oder Böschungen mähen, die Branche ist vielseitig und stellt unterschiedliche Ansprüche an die Bedienung. Eine selbsterklärende Bedienerführung, eine eindeutige Symbolik sowie die logische Anordnung der Bedienelemente sorgen in diesem Bereich für eine sichere und zuverlässige Kommunikation zwischen Mensch und Maschine. ENTWICKLUNG UND UMSETZUNG MASSGESCHNEIDERTER BEDIENSYSTEME! Griessbach GmbH · Im Biotechnologiepark iepark · 14943 Luckenwalde · www.griessbach.de KNOW HOW IN KOMMUNAL- & UMWELTTECHNIK