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Nutzen der Systemsimulation
Henrik Nordborg
CADFEM (Suisse) AG
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Inhalt
� Das Ziel: Simulation ganzer Systeme (oder Produkte)�Aber: Es gibt keine rein mechanische Produkte mehr
� The Missing Link – Integration der FEM-Welt in die Systemsimulation
� ANSYS Simplorer – ein kurzer Überblick
� Einige Beispiele
� Modellreduktion�Elektrisch
�Mechanisch
� Thermisch
� Zusammenfassung und Ausblick
- 1 -
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© 2008 ANSYS, Inc. All rights reserved. 2 ANSYS, Inc. Proprietary
The ANSYS Advantages
Foundation
Product/Technology
Fit
• Unequalled Depth
• Unparalleled Breadth
• Comprehensive Multiphysics
• Engineered Scalability
• Adaptive Architecture
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CADFEM: Computer Aided Engineering
� Founded 1982, privately owned
� 140+ employees (D-A-CH)
� Revenue 2008: 40 million EURO
� ANSYS channel partner since 1982
� 12 offices in central Europe
- 3 -
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- 4 -
� ANSYS Germany GmbH
� CADFEM GmbH
ANSYS in Central Europe
DE
ATCH
München
ANSYS Otterfing
ANSYS Hannover
ANSYS Darmstadt
CADFEM Grafing
CADFEM Stuttgart
CADFEM Hannover
CADFEM Chemnitz
CADFEM Lausanne
CADFEM Wien
CADFEM Aadorf
CADFEM Berlin
CADFEM Dortmund
CADFEM and ANSYS
CADFEM Mittelland
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CADFEM & ANSYS
� ANSYS: � “The right tool for the right job”
� Intuitive User Interface (Workbench 2)
� CADFEM�Software und Support
�Schulungen
�Projekte und Consulting
�Hardware
- 5 -
Sie kümmern sich um das, was für Sie
wichtig ist. Den Rest erledigen wir!
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Das Ziel: Wie modelliere ich ein Hybridauto
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Battery PackBattery Pack
Traction MotorTraction Motor
High Power Cable,High Power Cable,Wire HarnessWire Harness
Sensors, Actuators, Sensors, Actuators, and Busbarsand Busbars
Mechanical Coupling of Drive ShaftMechanical Coupling of Drive ShaftInverter: Inverter: Power ElectronicsPower Electronics
ControllerController
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Beispiel: Einspritzventil
- 7 -
FEAkF
kxF
→
=
,
maF =
)),,(( StxPfF =
MechanicalANSYS
Maxwell
HB µ=
HH
BB
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Injector3.gifhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Injector3.gif
CFDANSYS
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The Missing Link(s)
- 8 -
Co-SimulationSystemSystem--beschreibungbeschreibung
(ODE)(ODE)
Wenig RechenzeitWenig RechenzeitWeniger DetailsWeniger Details
FEM BeschreibungFEM Beschreibung(PDE)(PDE)
Viel RechenzeitViel RechenzeitHoheHohe GenauigkeitGenauigkeit
Modellreduktion
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Beschreibung dynamischer Systeme
� Methods�Block Diagrams
�Circuit Simulations
�State Machines
�Equation Blocks
� Tools�Matlab/Simulink
�MapleSim
�Modelica
�Spice
� Erweiterbarkeit�C++
�VHDL-AMS- 9 -
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Beispiel: Spule
- 10 -
Zwei Modelle des gleichen Systems mit unterschiedlichem Verwendungszweck
Das vereinfachte Modell kann automatisch erzeugt werden
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Beispiel: Motor
- 11 -
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Komplettlösung für elektromechanische Systeme
- 12 -
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Beispiel: Einfacher Aktuator
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Spule
Anker
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B-Feld in 2D
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Analyse
- 15 -
Anker ist mit einer Feder aufgehängt
( )
1
m x kx F I
kf
mπ
+ =
=2
��
Die Position des Ankers ändert die Induktanz der Spule
( )d
U RI L x Idt
= +
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Einfacher Aufbau des Regelkreises
- 16 -
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Stromverlauf
- 17 -
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00Time [s]
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
Cur
rent
(Win
ding
1) [A
]
Ansoft LLC Maxwell2DDesign3XY Plot 4 ANSOFT
Curve InfoCurrent(Winding1)
Setup1 : Transient
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Position des Ankers
- 18 -
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00Time [s]
-20.00
-15.00
-10.00
-5.00
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
Mov
ing1
.Pos
ition
[mm
]
Ansoft LLC Maxwell2DDesign3XY Plot 3 ANSOFT
Curve InfoMoving1.Position
Setup1 : Transient
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Mechanisches System: Turbinenwelle
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�Simplorer - ANSYS Mechanical Link
� Reduced Order Model from ANSYS to Simplorer (state-space)
From ~45,000 equations to 18 states and 6 terminals (rotational and translational for each DOF)
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Thermisches System
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�Electrothermal Simulation with IGBTs: � From ANSYS Workbench to System Level
Physics &Geometry
System ofn ODEs
Reduced System of
r << n ODEsFEMFEM MORMOR
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Zusammenfassung und Ausblick
� Zunehmende Komplexität der Produkte machen Systemsimulationen unumgänglich
� Die Tools für Systemsimulationen sollen mit den FEM-Tools zusammenspielen
� Modellreduktion
� Direkte Kopplung oder Co-Simulation
� Erweiterbarkeit (VHDL-AMS)
� Simplorer + ANSYS macht dies möglich
� Ausblick: Simplorer Roadmap
� Multi-domain State Space Modelle
� Automatische Ankopplung an ANSYS Workbench
� Die Technologie ist hier – wir suchen mutige Partner!
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