Simulationsentwicklung & Validierung

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Im Fokus der Gruppe “Simulationsentwicklung und -validierung” stehen die Entwicklung neuer Simulationsmethoden und ihrer experimentellen Validierung.

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Gruppenvorstellung

Im Kontext des Internet of Things und Predictive Maintenance nimmt der Bedarf an genauen und neuartigen Simulationsmodellen ständig zu. Unabhängig von der Komponente oder dem System ist es wichtig mit der zugrunde liegenden Physik zu beginnen, bevor mit der Erstellung oder Entwicklung eines Modells in einer Computerumgebung begonnen werden kann. Das dann zu entwickelnde Modell muss für die industrielle Anwendung die folgenden Kriterien erfüllen:

  • hohe Genauigkeit
  • zeiteffiziente Rechendauer
  • industrielle Anwendbarkeit

Die experimentelle Validation eines Simulationsmodells ist am ifas unabdingbar. Hier spielt die Wahl des Versuchsaufbaus eine wesentliche Rolle für eine zeit- und ressourceneffizienten Modellentwicklung. Unsere Erfahrung mit

  • diversen industriellen Projekten
  • verschiedenen Simulationsumgebungen
  • hochmodernem Prüffeld

ermöglicht es uns Simulationen für komplexe Systeme sowie spezifische physikalische Phänomene effizient zu erstellen und zu validieren.

Obwohl fluidtechnische Maschinen und Phänomene seit vielen Jahrzehnten entwickelt und erforscht werden, ist die ganzheitliche Simulation mit allen Details und physikalischen Eigenschaften noch nicht möglich. Die genaue Erforschung und Simulation von Phänomenen, Komponenten und Systemen in der Fluidtechnik wird wesentlich sein, um die Ziele von IIoT in der Hydraulik und Pneumatik zu erreichen.

 
 

Forschungsschwerpunkte

Text zu Forschungsschwerpunkten

Gegenstand aktueller Forschung am ifas sind:

  • Transiente Dichtungssimulation
  • Eindimensionale Systemsimulation
  • Kavitation
  • Elastohydrodynamik in hydraulischen Maschinen

Transiente Dichtungssimulation

Die Beschreibung der Reibung zwischen zwei rauen Oberflächen ist schwierig zu berechnen, insbesondere wenn es sich bei dem Material um verformbares Elastomer handelt. Obwohl Elastomerdichtungen in jeder technischen Anwendung auftreten, ist ihre physikalische Beschreibung noch nicht vollständig verstanden. Da Dichtungen ein immanenter Bestandteil jedes hydraulischen Systems sind, ist ein breites Verständnis für deren Auslegung, Optimierung und Lebensdauerberechnung innerhalb eines fluidtechnischen Systems unabdingbar.

Kavitation

Kavitation ist in hydraulischen Systemen schon immer ein großes Problem gewesen, das zur Steifigkeitsverminderung des Systems und zum kavitationserosionsbedingten Versagen der Komponenten führt. Die Vorhersage erfordert eine genaue physikalische Kenntnis der Mechanismen, die für den Entstehungs- und Wachstumsprozess von Gasblasen im Hydraulikfluid verantwortlich sind. Des Weiteren werden fluidspezifische Eigenschaften, z.B. der Diffusionskoeffizient, die relative Ölfeuchte, Sättigungsdampfdruck des Öls und die maximale Luftlöslichkeit benötigt. Die Erarbeitung von Kavitationsmodellen und die Ermittlung der dafür benötigten Stoffgrößen werden für die kommenden Jahrzehnte die Fluidtechnik und damit das ifas beschäftigen.

Eindimensionale transiente Systemsimulation

Eindimensionale transiente Systemsimulation ist immer dann notwendig, wenn hochdynamische fluidtechnische Systeme einer sehr genauen Berechnung bedürfen. Dabei reicht das Anwendungsspektrum von einer pneumatisch betriebenen Anlage innerhalb der Automatisierungstechnik über die hydraulische Systemarchitektur einer mobilen Arbeitsmaschine bis zu Einspritzsystemen von Gas oder Benzin betriebenen Ottomotoren. Die Entwicklung von eindimensionalen Simulationstools ist daher fester Bestandteil der Forschungsschwerpunkte am ifas.

Spaltströmungen in hydraulischen Systemen

Spaltströmungen finden sich in fluidtechnischen Komponenten jeglicher Art und sind für das Verhalten und die Lebensdauer dieser von entscheidender Bedeutung. Ob am Steuerspiegel einer Axialkolbenpumpe oder am Gleitschuh eines Kolbens dieser ist die modellhafte Erfassung vor allem für transiente Vorgänge immer noch ein kaum verstandenes Gebiet, welches im Bereich der Fluidtechnik weiterhin intensiver Forschung bedarf.

Elastohydrodynamik

Elastohydrodynamik (EHD) ist insbesondere bei höheren Drücken oder weichen Materialien, wie die einer Dichtung oder eines Polymers, nicht mehr zu vernachlässigen. Deren modellhafte Erfassung innerhalb von hydraulischen Systemen steht jedoch vor enormen Herausforderungen, da sie zumeist auf iterativer und damit sehr zeitaufwendiger Berechnung basiert. Dieses Problem zu lösen bedarf der Suche nach neuen mathematisch und physikalisch effizienteren Ansätzen für die Entwicklung von EHD Simulationsmethoden.

 
 

Laufende Forschungsprojekte

CNG Direkteinspritzsysteme

Gelöste Luft in hydraulischen Fluiden

Wasserhydraulische Radialkolbenpumpe

Dynamische Dichtungssimulation

Berechnung der Schmierstoffverteilung in Getrieben

Entwicklung eines mehrphasigen Tankmodells für die eindimensionale Hydrauliksimulation

 
 

Abgeschlossene Forschungsprojekte