A PART OF MARELLI
Das letzte Jahrzehnt wurde von der Entwicklung und kontinuierlichen Verbesserung der numerischen Darstellungstechnologien der physischen Prozesse durch die assistierte numerische Kalkulationssimulation und fortschrittliche grafische und dreidimensionale Darstellungstechniken gezeichnet.
Dies hat den Einsatz fortschrittlicher Kalkulationstechniken für die assistierte Planung zur Kalkulation von Komponenten und Systemen effizient und zuverlässig gemacht und ermöglicht, bereits in der Phase der konzeptuellen Ausarbeitung und ohne Verfügbarkeit physischer Beispiele, einen guten Teil der funktionalen Leistungsüberprüfungen für ein bestimmtes Produkt der menschlichen Ingenieurskunst durchzuführen.
So entstanden Begriffe wie „Virtual Prototyping“ und „Virtual Analysis“: auf diesen Gebieten ist Magneti Marelli seit jeher aktiv und ein Vorreiter gewesen, da die Firma die modernsten Technologien einsetzt und sie in die eigenen spezifischen Komponenten und einen Hintergrund von Anwendungserfahrungen von maßgeblicher Bedeutung integriert.
Im Speziellen spricht man im dreidimensionalen Bereich von der Finiten-Elemente-Methode (FEM), im vornehmlich strukturellen, magnetischen und thermischen Bereich der Festbestandteile von der Finiten-Elemente-Analyse (FEA), sowie im Bereich der Flüssigkeitsmechanik von der Numerischen Strömungsmechanik (CFD).
Das Hauptziel all dieser Analysen besteht darin, Informationen über die Reaktion physischer Systeme auf einige eingestellte Bedingungen zu erhalten, die üblicherweise als Lasten und/oder Umgebungsbedingungen angegeben werden.
Mit dem großflächigen Einsatz dieser prognostischen Analyseinstrumente kann ein Entwicklungsteam noch vor Realisierung des Prototyps feststellen, ob das vorgeschlagene Projekt in der Lage sein wird, die spezifischen Erfordernisse des Kunden zu erfüllen.
Bei Magneti Marelli werden die mathematischen Modelle sowohl bei der Planung/Definition des Produkts/Projekts als auch in seiner Zertifizierung eingesetzt.
Üblicherweise werden in der Planungsphase zahlreiche numerische Analysen durchgeführt. Die Projektplaner vergleichen und klassifizieren alternative Projekte in Abstimmung mit den Zielen des Kunden. In der Zertifizierungsphase wird untersucht, ob das finale Projekt alle festgelegten Erfordernisse erfüllt.
Die am häufigsten angeforderten und verwendeten Analysen sind:
Strukturelle Analyse: ermöglicht, das Belastungs- und Deformationslevel einer Komponente, einer Struktur oder eines Antriebsstrangs zu schätzen. Sie basiert auf linearen und nicht-linearen Kalkulationsmodellen.
Die linearen Modelle gehen von der Annahme aus, dass Deformationen und geometrische Verschiebungen von geringem Ausmaß sind („geometrische“ Linearität) und dass das Material sich nicht plastisch verformt („Materiallinearität“).
Die nicht-linearen Modelle betrachten große Verschiebungen/Deformationen und/oder Materialbelastungen, die über das elastische Limit hinausgehen.
Vibrations-Analyse: ermöglicht, die einer Komponente oder Struktur innewohnenden Vibrationseigenschaften („modale“ Analyse) und die Modalitäten ihrer Vibrationsreaktion bei Schwingungs- oder Impulsivbelastung („harmonische“ Analyse) zu schätzen.
Wärmeübertragungs-Analyse: ermöglicht, die Temperaturverteilung, sowie das Ausmaß und die Wege der Wärmeübertragung in Komponenten und Strukturen zu bestimmen, wenn diese sich in der Nähe von Wärmequellen befinden. Es können stationäre oder vorübergehende Analysen sein, das heißt, zeitbeständige Situationen oder die Entwicklung eines Phänomens, während dieses stattfindet.
Analyse des Akustik- und Vibrationskomforts (NVH): eine Ausweitung der Vibrations-Analyse der auf das akustische Mittel (Luft) übertragenen Druckvariationen. Sie ermöglicht, das akustische Feld in der Nähe einer vibrierenden Komponente darzustellen und seine räumliche Ausweitung sowohl in Bezug auf die Intensität als auch auf das Spektrum (vorhandene Frequenzen) detailliert aufzugliedern. Diese Analysen sind essenziell für die Planung mechanischer Komponenten, die einen angemessenen Akustik- und Vibrations-Komfort gewährleisten.
Magnetische Analyse: ermöglicht, die Verteilung magnetischer Flüsse und mit ihnen zusammenhängender Kräfte in Bezug auf eine Komponente, Struktur oder Kombination zu schätzen. Auch diese Analyse kann auf linearen und nicht-linearen Kalkulationsmodellen basieren, die dieses Mal von einem elektromagnetischen Gesichtspunkt ausgehen.
Hydrodynamische Analyse: ermöglicht, das räumliche Bewegungsfeld einer Flüssigkeit (Geschwindigkeit, Druck, Temperatur, etc.), wenn sie Druck- oder Temperaturschwankungen unterzogen wird, zu schätzen. Sie kann „intern“ ausgerichtet sein, also auf die Analyse von Bewegungen ausgerichtet sein, die sich in geschlossenen Räumen (Räumen, Leitungen, etc.) abspielen, oder „extern“ Bewegungen analysieren, die sich außerhalb von Strukturen entwickeln (Aerodynamik eines Fahrzeugs, Bewegungsfeld der Luft innerhalb eines Kühlers, etc.).
Gekoppelte Analysen: eine Analyse dieser Art ist im Wesentlichen die gleichzeitige Untersuchung der gegenseitigen Interaktionen von zwei oder mehr Analysetypen. (Beispiel: Analyse der Fluid-Struktur-Kopplung (FSI), Analyse der magnetisch-thermischen Kopplung, etc.)
Die umfassende Anwendung dieser Art der Analyse findet bei der Analyse der Komponenten für Hybridsysteme (HEC) statt, um die Wärmeverschiebung und den Luftfluss innerhalb und außerhalb der elektronischen Apparate vorauszusehen, von der einzelnen Komponente oder Platine bis hin hin zum kompletten System.
Motoranalyse: es gibt drei Klassen numerischer Modelle, die bei der Funktionssimulation eines Verbrennungsmotors angewendet werden können. Für eine schnelle Berechnung des Motors werden einfache nulldimensionale Modelle verwendet. Diese Modelle beinhalten keinerlei räumliche Auflösung und beschreiben lediglich die allgemeinen Prozesse, ohne Informationen über lokale Phänomene zu geben. Sie werden bei der schnellen Berechnung des Drehmoments und der Leistung eines Motors auf Grundlage der Makro-Eigenschaften, wie Bohrung, Hub, maximale Ausmaße des Ansaug- und Auspuffkreislaufs, etc., verwendet.
Die zweite Kategorie der Modelle sind phänomenologische Modelle, die einige Typen der fast-räumlichen Auflösung der Brennkammer betrachten und detailliertere Unter-Modelle zur Beschreibung der entsprechenden Prozesse, wie Gemisch, Zündung und Vebrennung, verwenden. Diese phänomenologischen 1D-Modelle können verwendet werden, um mit einer begründeten Genauigkeit die Hauptparameter des Motors vorherzusagen (Volumenleistung, Drehmoment, Leistung, Ausgangsgeräusch, etc.).
Die dritte Kategorie der Modelle sind die dreidimensionalen CFD-Modelle. In den CFD-3D-Kalkulationscodes werden detailliertere Modelle verwendet und jeder Unterprozess von Interesse kann gelöst werden.
Zum Beispiel können in einer vertieften „internen Zylinder-Analyse“ im Fall der Gemischbildung die Unterprozesse, wie Einspritzung, Break-up und Verdampfung der Flüssigkeitstropfen mit entsprechenden Kollisionen und Aufprall an den Zylinderwänden, Punkt für Punkt innerhalb der Brennkammer kalkuliert werden, die in ihrer Gesamtheit dreidimensional dargestellt wird. Diese Modellklasse ist die raffinierteste der für die Lösungstechniken eingesetzten Kategorien und der vom Benutzer verlangten technischen Kompetenz, ebenso ist sie in Bezug auf die notwendige Leistung und Kalkulationszeit am kostspieligsten.
