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FSI hilft bei Akustikproblemen von Plansichtern in Mühlen

Fluid-Struktur-Kopplungsanalyse (FSI) mit ANSYS

Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: Strukturmechanik, Akustik

Die schweizerische Bühler AG bietet innovative Lösungen für die Lebensmittel- und Futtermittelindustrie sowie für Hightech-Materialien. Bei Plansichtern für Mühlen sollen mit Hilfe von CADFEM per Simulation die Übertragungsmechanismen von Vibrationen an Glasverkleidungen und Türen identifiziert und reduziert werden.

Zusammenfassung

Aufgabe

Die Herausforderung besteht darin, den potenziellen Transfermechanismus von Schwingungen mittels FEM zu identifizieren und Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung zu ergreifen.

Lösung

Die ANSYS FLUID30 Analyse berücksichtigt sowohl die Druck- als auch die Verdrängungsgrade in Freiräumen. Dies erlaubt die Stimulierung des Hohlraums mit den von den Plansichtern gegebenen Siebbewegungen. Die akustische Hohlraumvibrationen führen dann zu strukturellen Vibrationen.

Kundennutzen

Auf diese Weise kann der physikalische Hintergrund des Problems und die dafür verantwortlichen Parameter identifiziert werden. Das verhältnismäßig einfaches Simulationsmodell liefert vielversprechende Messdaten und bedarf keiner teuren Experimente vor Ort.

Projektdetails

Aufgabe

Ein Plansichter ist ein Gerät, bei dem körnige Medien für die Lebensmittelindustrie durch oszillierende Bewegungen gesichtet und sortiert werden. Die niederfrequenten Bewegungen stehen im Verdacht, großer Schwingungsamplituden an den Glasverkleidungen und Türen der Mühle zu erzeugen. Die Aufgabe besteht darin, den potenziellen Transfermechanismus mittels FEM zu identifizieren und Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung zu ergreifen.


Nutzen für den Kunden

Da aus ethischen Gründen keine Aufpralltests durchführbar sind, müssen entsprechende Untersuchungen mit Dummies oder virtuellen Modellen erfolgen. Gegenüber aufwendigen Dummy-Versuchsreihen, mit denen auch nur sehr begrenzte Ergebnisse erzielt werden können, bringt die numerische Simulation enorme Vorteile. Mit einem einmal erstellten Simulationsmodell können in kurzer Zeit verschiedenste Varianten des Sturzes simuliert, automatisiert ausgewertet und miteinander verglichen werden. Beim Dummy-Versuch muss jeweils genau definiert werden, an welcher Stelle welche Informationen (z.B. Kräfte oder Beschleunigungen) gemessen und ausgewertet werden sollen. Bei der Simulation stehen dagegen jederzeit alle Information im gesamten Körpermodell zur Verfügung. Weiterhin lässt sich mit CT-Daten ein realistisches Kopfmodell erstellen, das auch Daten aus dem Schädelinneren liefert.


Lösung

Zuerst wird ein Finite-Elemente-Netz für den freien Raum generiert. Die drei Aussparungen im Netzmodell stehen für die Geometrie der Außenhaut des Siebes. Dann wird eine erste akustische Modalanalyse unter Annahme von starren Wänden durchgeführt. Als Ergebnis erhält man die erste Resonanzfrequenz in Verbindung mit den Siebaussparungen. Wie erwartet, bestätigt die Analyse die typische Halbwellenresonanz für einen rechteckigen Hohlraum. Insoweit gibt es noch keinen Hinweis für eine besondere Amplitude. Zur Berechnung der Schwingungsamplituden der großen elastischen Glasfenster wird eine harmonisierte Analyse durchgeführt. Sie umfasst die Fluid-Struktur-Wechselwirkung an den Plansichterwänden und an den Glasfenstern. Die ANSYS FLUID30 Analyse berücksichtigt sowohl die Druck- als auch die Verdrängungsgrade in Freiräumen. Dies erlaubt die Stimulierung des Hohlraums mit den von den Plansichtern gegebenen Siebbewegungen. Die akustische Hohlraumvibrationen führen dann zu strukturellen Vibrationen. Sie zeigen sich beispielsweise in den Schwingungsmustern der Glasfront.


Bereichsleiter Professional Development
Dr.-Ing. Marold Moosrainer

Produkt-Anwendungen im Projekt