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Optimierung von Verbindungen und akustischen Filtern mit multiphysikalischer Simulation
Mit CADFEM „Simulation im Auftrag“ optimiert die HENN GmbH & Co. KG Verbindungen und Schalldämpfer in gleich mehreren Simulationsdisziplinen.

„Simulation im Auftrag“ für HENN GmbH & Co. KG

Branche: AutomobilzuliefererFachgebiet: Strukturmechanik, Akustik, Strömungsmechanik, Multiphysics

HENN fertigt High-Tech Verbindungssysteme für Ladeluft- und Kühlwassersysteme der Automobilindustrie. Um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen und die Qualität zu steigern, entschied man sich für die Generierung numerischer Prototypen mit Unterstützung des CADFEM Service „Simulation im Auftrag“.

Zusammenfassung

Aufgabe

Für die Optimierung eines Schalldämpfers zwischen Turbolader und Auspuff wurden drei Schlüsselbereiche ausgewählt, die mehrere physikalische Disziplinen betreffen:
1. Festigkeit und Dichtheit des Schließmechanismus,
2. strömungsinduzierte Verformungen, Druckverlust,
3. Anpassung des akustischen Übertragungsverlustes.

Lösung

HENN erreichte eine drastische Reduzierung der Anzahl an klassischen Prototypen. Der Entwicklungszyklus verkürzte sich dadurch und die Kosten für F&E konnten gesenkt werden. Gleichzeitig erhöhte sich die Produktqualität bei sinkenden Produktionskosten.

Kundennutzen

Dramatically reduced number of prototypes, thus ensuring a short development cycle while reducing the R&D costs and increasing product quality while reducing production costs.

Projektdetails

Aufgabe

HENN produziert innovative Verbindungstechnik einschließlich Schalldämpfer für die Automobilindustrie. Um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen und gleichzeitig die Produktqualität zu erhöhen, interessierte man sich für numerisches Prototyping. Zur Optimierung eines Schalldämpfers zwischen Turbolader und Auspuff wurden drei Schlüsselbereiche ausgewählt, die mehrere physikalische Disziplinen betreffen:
1. Festigkeit und Dichtheit des Schließmechanismus,
2. strömungsinduzierte Verformungen, Druckverlust,
3. Anpassung des akustischen Übertragungsverlustes.
Diese Anforderungen wurden an CADFEM übergeben, um einen schrittweisen, sicheren und verlässlichen Einstieg in die numerische Prototypentwicklung zu erreichen. Die CADFEM „Simulation im Auftrag“ soll außerdem bei Pilotprojekten etabliert werden, den Know-how-Transfer fördern und Unterstützung im Umgang mit Simulationssoftware bringen.

 


Nutzen für den Kunden

Ein eigenes virtuelles Prototyping bedeutet für HENN:

  • die Fähigkeit, automatisch kundenspezifische Schalldämpfer-Designs zu generieren. Spezifische Transmissionsverluste lassen sich nun innerhalb von wenigen Tagen ausweisen, anstatt von mehreren Wochen.
  • eine drastische Reduzierung der Anzahl an klassischen Prototypen. Der Entwicklungszyklus verkürzte sich dadurch und die Kosten für F&E konnten gesenkt werden.
  • eine gleichzeitige Erhöhung der Produktqualität bei sinkenden Produktionskosten.
  • eine sichere und schrittweise Einführung in die Handhabung moderner Simulationstechnologien dank einer dynamischen Nutzung von CADFEM- und HENN- Ressourcen.

 


Lösung

CADFEM setzte Ansys FEM für die Strukturanalyse ein unter Berücksichtigung von nichtlinearem Reibungswiderstand. Um strukturelle Verformungen, Spannungen und Kontaktdrücke unter realistischen Bedingungen für den Verbindungsmechanismus zu berechnen, wurden die Materialgesetze für Verhärtung und hyperelastisches Verhalten angewandt, (Abb. 2). Zur Berechnung der Druckverluste wurde eine Ansys-CFD-Analyse herangezogen. Das resultierende Druckfeld wurde auf ein Strukturmodell übertragen, um Ergebnisse zu den strukturellen Verformungen und Spannungen zu erhalten (Abb. 1). Für den akustischen Übertragungsverlust sind Optimierungen auf der Grundlage eines parametrischen Modells erfolgt. Der Messaufbau ermöglichte die automatische Generierung benutzerdefinierter Designs entsprechend den angestrebten Übertragungsverlustprofilen (Abb. 3) und den Zielen zur Größenreduzierung. Dem Beratungsprojekt folgte ein Know-how-Transfer, der es den Ingenieuren von HENN ermöglichte, weitere Simulationen durchzuführen und selbstständig virtuelle Prototypen zu erstellen.


Geschäftstellenleiter Technik

Produkt-Anwendungen im Projekt