Beispiel Dieselmotoren
Das Unternehmen MAN Diesel & Turbo setzt bei der Simulation bereits seit langem auf die Lösungen von Cadfem und Ansys. Um die Wirkung von Ansaugschalldämpfern von Groß-Dieselmotoren zu verbessern, wurden verschiedene Varianten durch akustische Simulationen untersucht. Die Auswahl geeigneter poröser Materialien, zum Beispiel Vliese oder Schäume, in Kombination mit perforierten Abdeckblechen ist ein entscheidender Faktor für die erreichbare Schallreduzierung. Neben ihrer akustischen Eignung müssen diese Materialien auch den harten Einsatzbedingungen an einem Groß-Dieselmotor gewachsen sein.
Ausgeklügelte Techniken für poröse und perforierte Medien sorgen dabei für möglichst kleine Simulationsmodelle und unterstützen so die frühzeitige Auswahl geeigneter Absorbermaterialien sowie eine effiziente Untersuchung einer Vielzahl unterschiedlicher Designvarianten. Eine weitere akustisch interessante Komponente sind die Hauben, die den Kipphebelkasten des Dieselmotors abdecken. Die Simulation der Schallabstrahlung dieser schwingenden Strukturen erforderte ein zweistufiges Vorgehen: Eine Schwingungsanalyse der Struktur wurde durch eine Einweg-Kopplung mit einer anschließenden akustischen Analyse verbunden. Um zu einer realistischen Beschreibung des Schalldruckpegels zu kommen, musste der umgebende Luftraum bezogen auf die Geräuschfrequenzen hinreichend genau aufgelöst werden.
Beschleunigte Simulation
Zur Beschleunigung des Simulationsprozesses wurde ein automatisiert wiederholbarer Arbeitsablauf innerhalb der ‚Workbench‘ realisiert. Anstatt nur ein einziges akustisches Modell zu verwenden, wurden mehrere Modelle, jeweils für ein enges Frequenzband, automatisch generiert. Abhängig von der betrachteten Wellenlänge erfolgte eine parametrische Anpassung sowohl der Größe des Luftvolumens als auch der Netzfeinheit. Darüber hinaus konnte durch die Nutzung der neuen ‚HPC Parametric Pack‘-Lizensierung, mit der gleichzeitig 16 Jobs mit jeweils vier Kernen lauffähig sind, die Wirtschaftlichkeit erhöht werden. Damit ließ sich die Berechnungszeit für die Schallabstrahlungsanalyse um 93 Prozent reduzieren. Für die Simulation der akustischen Abstrahlung von schwingenden Strukturen wurde so ein zuverlässiger Arbeitsablauf geschaffen.
In Kombination mit der konsequenten Verwendung der ‚HPC-Technologie‘ ermöglicht dies den MAN-Ingenieuren, akustische Entscheidungen bereits in der frühen Entwurfsphase eines Motors zu treffen, die Durchführung von systematischen Parameterstudien, um den Lärmbeitrag von Motorkomponenten zu erfassen, Maßnahmen, die den Geräuschpegel senken – zum Beispiel Dämpfungsschicht, Rippen oder Entkopplung – festzulegen sowie Zeit und Geld zu sparen, indem die Anzahl realer Prototypen reduziert wird. Der Einsatz der Simulation schon in der Designphase eines Produktes versetzt die Entwickler in die Lage, das dynamische und akustische Verhalten bereits vor dem ersten Prototyp zu bewerten und zu optimieren. Ebenso lassen sich Schwachstellen von bestehenden Produkten erkennen und beseitigen.
