SYMULACJA 2017

REFERATY
 
SYMULACJA 2017 - strona główna



 
Zygmunt Mikno, Bogusław Grzesik, Paweł Lasek, Mariusz Stępień
Instytut Spawalnictwa

Analiza niejednorodności rozkładu indukcji magnetycznej w rdzeniu transformatora
w zależności od sposobu uformowania uzwojeń.


Przedmiotem referatu jest analiza rozkładu indukcji magnetycznej w rdzeniach elementów indukcyjnych, w tym cewek i transformatorów, jako funkcja uformowania, to jest kształtu i rozłożenia przestrzennego, tych uzwojeń. Rozkład indukcji magnetycznej jest bardzo istotnym parametrem obwodów magnetycznych wpływającym na parametry magnetyczne (indukcyjność, współczynnik sprzężenia), ale i na straty mocy powstające w elementach indukcyjnych. Rozkład przestrzenny indukcji magnetycznej silnie zależy zarówno od kształtu uzwojeń, jak i ich przestrzennego rozłożenia względem rdzenia, jak i wzajemnie względem siebie (w przypadku transformatorów). Przedmiotem analizy jest wskazanie przyczyn powstawania znacznych niejednorodności w rozkładzie indukcji magnetycznej i sposobów jej homogenizacji. Analiza prowadzono w oparciu o modelowanie MES. Narzędziem obliczeń było oprogramowanie ANSYS, zarówno Mechanical APDL, jak i EM. Analiza porównawcza obejmuje dwa zagadnienia, to jest wpływ czół uzwojeń cewki z rdzeniem kolumnowym na rozkład indukcji rdzenia cewki i wpływ wzajemnego usytuowania uzwojeń transformatora planarnego na rozkład indukcji w rdzeniu. W obydwu przypadkach przeprowadzona została trójwymiarowa analiza magnetostatyczna (w stanie ustalonym pracy). Wyniki analizy pozwalają na wskazanie sposobów najkorzystniejszego kształtowania uzwojeń oraz zakresów modyfikacji kształtów rdzenia magnetycznego celem minimalizacji strat mocy.


Jakub Andruszko
Politechnika Wrocławska
Numeryczno-doświadczalna analiza stanu naprężeń układu roboczego elektrycznej maszyny wyburzeniowej.


Referat ukazuje opracowanie wirtualnego modelu maszyny budowanej przez firmę Ad-vanced Robotics Engineering z Wrocławia i weryfikacje jego poprawności na bazie ekspery-mentalnej oraz numerycznej. Analiza została przeprowadzona w związku z wcześniejszymi problemami, które przedstawiła firma wynikających z wczesnego zużywania się układów ro-boczych maszyn wyburzeniowych projektowanych przez firmy konkurencyjne. Firma Advan-ced Robotics Engineering postanowiła zbudować własnego robota do prac wyburzeniowych. Poprawienie konstrukcji przy nowo powstającym robocie jest możliwe jedynie po precyzyjnym określeniu przyczyny zaistniałego zjawiska w robotach wcześniej stosowanych zakupionych od firm konkurencyjnych oraz po opracowaniu skutecznej metodologii analizy innowacyjnego rozwiązania. Przygotowanie właściwego prototypu maszyny pozwoli na przeprowadzenie zmian w nowo powstającej maszynie i sprawdzenie ich poprawności. Przygotowanie modelu komputerowego wymagało przeprowadzenia weryfikacji eksperymentalnej. Opłacalność pro-wadzonych prac była ściśle związana z trwałością maszyn stosowanych do wykonywania prac rozbiórkowych. W referacie szczegółowo przedstawiono metodologię badań eksperymental-nych oraz przygotowanie modelu geometrycznego na potrzeby obliczeń wytrzymałościowych z użyciem Metody Elementów Skończonych za pośrednictwem oprogramowania ANSYS Workbench. W podsumowaniu przedstawiono wyniki badań numerycznych oraz poprawność przyjętych założeń.


Zbigniew Buliński, Adam Kabaj, Tomasz Krysiński, Ireneusz Szczygieł, Wojciech Stanek
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska
Modelowanie matematyczne silników Stirlinga.

Artykuł prezentuje metody modelowania pracy silników Stirlinga, w szczególności opisano zaawansowany model wykorzystujący metody numerycznej mechaniki płynów (Computational Fluid Dynamics – CFD), model zero wymiarowy oraz model zredukowany wykorzystujący rozkład według wartości osobliwych oraz rozkład Fouriera. Opracowany model CFD obejmuje równania zachowania masy, pędu oraz energii, dodatkowo zaimplementowany został za pomocą funkcji użytkownika model ruchu tłoków Silnika oraz model regeneratora. Opracowany model bardzo dobrze reprezentuje najważniejsze procesy wewnątrz silnika jak wymianę ciepła przy sprężaniu i rozprężaniu czynnika roboczego, przepływ czynnika przez porowate wypełnienie regeneratora oraz nierównowagową wymianę ciepła pomiędzy wypełnieniem regeneratora a czynnikiem roboczym. Pełny model CFD pozwalający na nieustaloną analizę pracy silnika Stirlinga jest niezwykle czasochłonny obliczeniowo, co uniemożliwia jego praktyczne wykorzystanie. Dlatego opracowano dwa podejścia redukujące wymiarowość zadania. Pierwsza z metod opiera się na opracowaniu zero wymiarowego modelu, którego podstawowe parametry zostały odtworzone w oparciu o wyniki obliczeń CFD. Drugie podejście zredukowane opiera się na wykorzystaniu metody właściwej dekompozycji ortogonalnej (Proper Ortogonal Decomposition) do zbudowania modelu niskowymiarowego w oparciu o wykonane wcześniej obliczenia CFD. Opracowane modele zredukowane pozwalają na skrócenie czasu obliczeń o kilka rzędów wielkości przy zachowaniu zadawalającej dokładności obliczeń.

Damian Bodniewicz
WABCO

Ocena wytrzymałościowa wzmacnianych komponentów polimerowych filtra osuszającego
do układu pneumatycznego w firmie WABCO Polska.


Referat jest podsumowaniem dotychczasowych prac nad autorską metodą analizy numerycznej części z tworzyw sztucznych ze wzmocnieniem w środowisku ANSYS. Udowodniony wysoki wpływ anizotropii właściwości mechanicznych wzmacnianych komponentów polimerowych na wyniki ich symulacji wytrzymałościowych wymusza transfer danych materiałowych z analizy wtrysku tworzywa do obliczeń strukturalnych. Na przykładzie nowego produktu firmy WABCO Polska, w postaci filtra osuszającego do układu pneumatycznego, przedstawiona zostanie kompleksowa analiza urządzenia, którego komponenty wykonane są z tworzywa sztucznego z 30% fazą wzmocnienia w postaci krótkich włókien szklanych. Zaprezentowana na konferencji SYMULACJA 2016 wersja programu umożliwiała m.in. uwzględnienie w analizie wad wtryskowych w postaci linii łączenia strug oraz ich wpływu na odkształcenie i naprężenia lokalne wypraski podczas pracy. W rezultacie realne było zlokalizowanie miejsc wysoce wytężonych, a przez to potencjalnie niebezpiecznych. Dalszy rozwój oprogramowania zaowocował nowymi funkcjami jak np. mapowanie właściwości mechanicznych z licznych plików wsadowych na całe złożenie urządzenia poddawane analizie strukturalnej. Jednocześnie, poprawiona została metoda oceny sprzężonej wyników symulacji wytężeniowej w ANSYS, w odniesieniu do rezultatów analizy formowania wtryskowego ze środowiska Moldflow. Referat zawiera ponadto przykład zastosowania prezentowanej metody obliczeniowej w analizie niestandardowego połączenia komponentów z tworzyw sztucznych wykonanego technologią „Hot riveting”, która zaimplementowana została do złożenia prezentowanego filtra osuszającego firmy WABCO Polska.


M. Czapliński, T. Czapliński, Ł. Maciejewski, D. Nowakowicz
Badania symulacyjne nadajnika satelity w zakresie obciążeń mechanicznych związanych z wynoszeniem urządzenia na orbitę.

Przedmiotem analiz był nadajnik telekomunikacyjny będący elementem satelity projektowanego przez ESA. Celem pracy było opracowanie modelu
numerycznego, określenie właściwości dynamicznych urządzenia a także analizy mechaniczne dotyczące odpowiedzi konstrukcji na obciążenia
udarowe, losowe i wymuszenie o niskiej częstotliwości. Rozpatrywane obciążenia związane były z charakterystykami pojazdu wynoszącego satelitę.
W szczególności przeprowadzono analizy wytrzymałości doraźnej i zmęczeniowej takich elementów jak rama, obudowa, płytki drukowane (PCB),
połączenia lutowane i układy elektroniczne. Rozpatrzono także scenariusze awaryjne dotyczące uszkodzenia elementów mocujących.
Wyniki analiz zestawiono z eksperymentalnymi badaniami własnymi oraz zewnętrznymi badaniami dynamicznymi potwierdzając zasadność przyjętych
założeń i poprawność uzyskanych wyników.


Damian Hallmann, Piotr Jankowski Akademia Morska w Gdyni
Tomasz Kądziołka, Marek Zaremba MESco
Model 2D/3D Prostliniowego napędu indukcyjno-dynamicznego


W wielu urządzeniach przemysłowych istnieje potrzeba bardzo szybkiego liniowego przemieszczania elementu wykonawczego. Dąży się do tego, aby całkowity czas zadziałania tj. okres do momentu osiągnięcia oczekiwanego przemieszczenia był jak najkrótszy. Istotą jest tu nie tylko przyśpieszenie, jakie osiąga dany napęd, ale również czas reakcji rozumiany jako czas, jaki upływa od momentu podania impulsu inicjującego do pojawienia się obserwowalnego ruchu. Klasyczne napędy sprężynowe nie zdają egzaminu jako element rozsuwający styki w wyłącznikach hybrydowych zwłaszcza przy konieczności osiągania ekstremalnie krótkich czasów zadziałania (poniżej 10µs) oraz z powodu zmieniającej się w trakcie eksploatacji powtarzalności. Stąd w tego typu wyłącznikach powszechnie stosowane są napędy indukcyjno-dynamiczne.
Zasada działania napędu opiera się na zjawisku Thomsona, gdzie cewka zasilana jest (najczęściej z baterii kondensatorów) impulsowym prądem, której pole indukuje prądy wirowe w sprzężonym z nią dysku. Wskutek tego oddziaływania na dysk działa znacząca siła powodująca jego ruch. Istnieje hybrydowy analityczno-numeryczny model polowo-obwodowy zrealizowany w środowisku Mathcad pozwalający na analizę zjawisk elektrodynamicznych tego napędu. W artykule przedstawiono model 2D/3D układu cewka-dysk takiego napędu zrealizowany w środowisku ANSYS-MAXWELL, który pozwala na analizę zjawisk elektromagnetycznych oraz mechanicznych. Do walidacji modelu wykorzystano istniejący model obwodowy.


Łukasz Stebel, Łukasz Grabowski, Michał Sobek
Silesian Greenpower - Politechnika Śląska

Numeryczna analiza przepływów powietrza wokół karoserii pojazdu zespołu Silesian Greenpower.


Zespół Silesian Greenpower to projekt studentów Politechniki Śląskiej, który zajmuje się projektowaniem i wytwarzaniem wyścigowych pojazdów elektrycznych, startujących w międzynarodowych wyścigach w formule Greenpower. Postać geometryczna bolidów jest inspirowana istniejącymi rozwiązaniami technicznymi oraz całkiem nowymi. Podczas procesu projektowania wprowadza się wiele innowacyjnych rozwiązań mających poprawić własności aerodynamiczne karoserii pojazdów. Niniejsza publikacja dotyczy analizy numerycznej pod kątem przepływu powietrza w module Fluent, programu Ansys. Wyniki rozkładu ciśnień, prędkości powietrza oraz jego strugi wokół samochodu wyścigowego przedstawiono w postaci graficznej. Zespoły konstruujące bolidy elektryczne formuły Greenpower na każdym kroku starają się minimalizować opory powodujące straty energii.
Opór aerodynamiczny samochodu ma największy udział procentowy wśród oporów oddziałujących na bolid. Za pomocą oprogramowania ANSYS Fluent można w fazie projektowania pojazdu określić jego opory, a także na podstawie wyników badań symulacyjnych wprowadzić modyfikacje postaci geometrycznej bolidu. Przeprowadzone obliczenia były analizami porównawczymi własności aerodynamicznych obu analizowanych modeli.
Projekt został rozpoczęty od zaprojektowania modelu w programach typu CAD. ANSYS Workbench umożliwia w bardzo prosty sposób przeniesienie modeli CAD do oprogramowania ANSYS. Pierwszym krokiem edycji geometrycznej było utworzenie wirtualnego otoczenia powietrza, w której był umieszczony został pojazd. Jest to strefa odzwierciedlająca otoczenie wokół samochodu. Dodatkowo należy uwzględnić fakt, że pojazd porusza się po nawierzchni. Dlatego utworzono układy współrzędnych, które definiują symetrie pojazdu oraz linie przecięcia kół z nawierzchnią. W celu uzyskania bardziej dokładnych wyników, wprowadzono dodatkowo jeszcze jeden obszar wpływu wokół bolidu. Obszar ten posiada siatkę o większej gęstości w porównaniu do reszty strefy, dzięki czemu wyniki mogą o wiele dokładniej odzwierciedlać rzeczywistość. W badanych modelach z nałożoną siatką MES została zadana odpowiednia warstwa przyścienna. Jest ona niezmiernie ważna podczas badań aerodynamicznych, ponieważ jest ona granicą przejścia z najniższej wartości prędkości powietrza do najwyższej. Liczba elementów siatki w modelu o ostrym dziobie wynosi 13065067 przy 2384922 węzłach, natomiast w modelu o profilu NACA wynosi 13286671 przy 2518034 węzłach.  Na rysunku 2 widać warstwę tuż przy styku powierzchni bolidu oraz strefy wpływu.


Piotr Gnaciński, Damian Hallmann
Katedra Elektroenergetyki Okrętowej, Akademia Morska w Gdyni
Wybrane aspekty modelowania trójfazowego silnika klatkowego w środowisku Maxwell.


Streszczenie. W przemyśle istnieje potrzeba budowania silników w taki sposób, aby zapewniły one jak najlepsze parametry związane z zużyciem energii, minimalnymi stratami czy też najlepszymi właściwościami związanymi z pracą takiego silnika zarówno w warunkach znamionowych, jak i w warunkach odkształconego napięcia zasilania. Optymalnym sposobem na zbadanie takiego silnika jest stworzenie odpowiedniego modelu, dzięki któremu można zmieniać różne parametry konstrukcyjne i sprawdzić, jak będzie to oddziaływać na pracę takiego silnika w różnych warunkach. Aby otrzymać wiarygodne wyniki symulacji, istnieje potrzeba, wykonania modelu silnika, który zostanie poddany walidacji. W pracy przedstawione zostaną wybrane aspekty związane z problemami występującymi przy modelowaniu trójfazowego silnika klatkowego z wykorzystaniem środowiska Maxwell. Przedstawione zostaną główne zasady, jakimi się kierowano przy tworzeniu tego modelu i problemach, jakie przy tym wystąpiły. Tworzony model silnika zostanie zweryfikowany eksperymentalnie na podstawie modelowanego silnika rzeczywistego.


Jacek Sawicki, Krzysztof Krupanek, Anna Staszczyk, Paulina Byczkowska
Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka
Wpływ konfiguracji kolektora dyszowego w procesie hartowania.

Najbardziej zaawansowane systemy chłodzące wykorzystują jako medium chłodzące gaz i składają się ze specjalnie wydzielonej komory hartowniczej np. HPGQ (High Pressure Gas Quenching ) typu 4D.  Podstawą systemu HPGQ typu 4D jest układ dysz chłodzących okalający detal i zapewniających równomierny napływ gazu chłodzącego ze wszystkich stron (3D) oraz obracający się wraz z detalem stolik (4D), wspomagający równomierność chłodzenia.  W ramach pracy przeprowadzono numeryczną optymalizację  kolektora dyszowego wykorzystywanego w procesie hartowania. Do symulacji wykorzystano oprogramowanie Ansys CFX. Wstępnie, analizie numerycznej poddano modele dyskretne 2D, dla których przeprowadzono optymalizację zmiany parametrów geometrycznych dyszy oraz wpływ jakości siatki na wyniki obliczeń numerycznych. W modelu 2D analizowano wpływ średnicy dysz, odległości dyszy od próbki, kąt pochylenia (45°,90°). Dla wybranej dyszy przeanalizowano dodatkowo wpływ odległości pomiędzy dyszami. W warunkach brzegowych uwzględniono zmienną charakterystykę właściwości fizycznych chłodzonej stali (ciepło właściwe, gęstość, współczynnik przewodzenia).
Do wyznaczania danych materiałowych wykorzystano oprogramowanie  JMat Pro, które pozwala na określenie zmiany właściwości stali w zależności od założonej prędkości chłodzenia. Na podstawie uzyskanych wyników obliczeń numerycznych wytypowano konfigurację dysz do weryfikacji modelem 3D.
W modelu 3D przeanalizowano różny układ konfiguracji dysz kolektora. Uzyskane wyniki pozwoliły wskazać optymalna konfigurację geometryczną kolektora dyszowego pod względem szybkości chłodzenia próbki stalowej oraz  zachowania się strugi czynnika chłodzącego w zależności od geometrii.


Bogumił Jurkiewicz
WABCO
Wykorzystanie środowiska ANSYS w obliczeniach uszczelnień elastomerowych w firmie WABCO Polska


Firma WABCO jest wiodącym dostawcą technologii i rozwiązań systemowych poprawiających bezpieczeństwo i wydajność pojazdów użytkowych. Zdecydowana większość z nich oparta jest o tradycyjne systemy pneumatyczne oraz coraz szerzej opanowującą wszystkie dziedziny naszego życia elektronikę.
Zarówno w przypadku systemów pneumatycznych, jak i wspomagających je układów elektronicznych, istotnym czynnikiem jest zapewnienie szczelności w szerokim zakresie temperatur i tolerancji wymiarowych oraz żywotność elementu uszczelniającego.
Nieniejsza praca prezentuje sposób weryfikacji dedykowanych uszczelnień elastomerowych na drodze analizy strukturalnej w środowisku ANSYS. Wypracowana metoda zostanie przedstawiona na przykładzie uszczelnienia pokrywy kanałów dystrybuujących powietrze w modulatorze systemu ABS, dla której wyniki numeryczne zweryfikowano na drodze testów.


Witold Lorenz
Hydro Vacuum
Pułapki zastawiane na pompy


W prezentacji zilustrowano kilka wybranych przypadków pracy pomp wirowych poza zalecanym zakresem ich pracy oraz wymaganymi warunkami zasilania wodą. Przedstawiane problemy dotyczą: nieuzyskiwanych parametrów energetycznych, zwiększonego poziomu drgań pomp, konfiguracji zabudowy oraz zastosowanej armatury w danym układzie pompowym. Przedstawiono sposób zdiagnozowania i rozwiązania zagadnień związanych z nietypowymi objawami podczas pracy, które powodowały zwiększone zużycie pomp.


 

SYMULACJA 2017 - strona główna