Nutzen der Systemsimulation

Henrik Nordborg

CADFEM (Suisse) AG

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

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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

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

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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

CADFEM & ANSYS

� ANSYS: � “The right tool for the right job”

� Intuitive User Interface (Workbench 2)

� CADFEM�Software und Support

�Schulungen

�Projekte und Consulting

�Hardware

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Sie kümmern sich um das, was für Sie

wichtig ist. Den Rest erledigen wir!

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

Beispiel: Einspritzventil

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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

The Missing Link(s)

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Co-SimulationSystemSystem--beschreibungbeschreibung

(ODE)(ODE)

Wenig RechenzeitWenig RechenzeitWeniger DetailsWeniger Details

FEM BeschreibungFEM Beschreibung(PDE)(PDE)

Viel RechenzeitViel RechenzeitHoheHohe GenauigkeitGenauigkeit

Modellreduktion

Beschreibung dynamischer Systeme

� Methods�Block Diagrams

�Circuit Simulations

�State Machines

�Equation Blocks

� Tools�Matlab/Simulink

�MapleSim

�Modelica

�Spice

� Erweiterbarkeit�C++

�VHDL-AMS- 9 -

Beispiel: Spule

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Zwei Modelle des gleichen Systems mit unterschiedlichem Verwendungszweck

Das vereinfachte Modell kann automatisch erzeugt werden

Beispiel: Motor

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Komplettlösung für elektromechanische Systeme

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Beispiel: Einfacher Aktuator

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Spule

Anker

B-Feld in 2D

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Analyse

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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

= +

Einfacher Aufbau des Regelkreises

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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

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

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)

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

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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