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Stationäre Simulation von Antriebssystemen mit Kolbenmaschinen

Stationäre Simulation von Antriebssystemen mit Kolbenmaschinen
  • Marke: ARLA®
  • Modell: ARLA®-SIMSTAT

Für Fahrzeug- und Schiffsantriebe mit Verbrennungsmotoren und Antriebe mit Kolbenkompressoren


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Ausführliche Beschreibung von Stationäre Simulation von Antriebssystemen mit Kolbenmaschinen

Im Rahmen der Kooperation ARLA-ITI wurde der Berechnungsteil des ARLA-Programms ARLA®-SIMSTAT als Ergänzungsprogramm ITI®-STAT ins Simulationsprogramm ITI®-SIM integriert. Die Leistungsmerkmale des ARLA-Programms werden hier zusammengefasst, zumal diese auch für das Nachfolgeprodukt ITI®-STAT inhaltlich gelten. Ab Version 3.0 von SimulationX ist ein neuer Ansatz für die stationäre Simulation integriert.

Mit dem Simulationsprogramm ARLA®-SIMSTAT steht ein PC-Programm zur Verfügung, mit dessen Hilfe die Torsionsschwingungsbelastung von geraden und verzweigten Antriebssystemen im eingeschwungenen Zustand ermittelt werden kann. Als dynamische Beanspruchung werden die beim stationären Betrieb einer Anlage, einer Maschine oder eines Fahrzeugs bzw. Schiffs erzwungenen periodischen Gas- und Massenkräfte durch einen Verbrennungsmotor zugrundegelegt. Weitere Anwendungen findet man bei Antrieben mit Kolbenkompressoren.

Die gewählte Berechnungsmethode zeichnet sich durch eine extrem kurze Rechenzeit aus. Umfangreiche Parameterstudien lassen sich somit wirtschaftlich auf dem PC durchführen. Instationäre und transiente Einflüsse, wie sie durch drehzahl- und zeitabhängige Laständerungen entstehen, werden in diesem Programm nicht berücksichtigt (siehe hierzu Simulationsprogramme wie SimulationX und ITI®-SIM).

Die periodische Anregung wird in ARLA®-SIMSTAT mit Hilfe von Fourier-Reihen beschrieben. Es ist möglich, pro Zylinder einer Kolbenmaschine einen speziellen Erregerverlauf vorzugeben, darzustellen, zu gewichten und phasengerecht zu überlagern (wichtig u.a. für die Simulation von Zündaussetzern bei Verbrennungsmotoren). Als Erregergrößen lassen sich Druckverläufe in Form von tangentialen Gasdruckverläufen (auch in Form von Amplituden und Phasenwinkeln) oder aber auch als Zylinderdruckverläufe vorgeben. Die Zündwinkel werden entsprechend der Motorbauweise und Taktzahl (4-Takt-System) automatisch errechnet. Eine manuelle Vorgabe der Zündphasenwinkel ist ebenfalls möglich. Der Einfluss der Massenkräfte wird entsprechend berücksichtigt.

Zur Ermittlung der Torsionsschwingungsbelastung in einem gewünschten Drehzahlband (z.B. 1000 1/min bis 2000 1/min) können unterschiedliche Erregerverläufe pro Drehzahlstützstelle vorgegeben werden. Mittels linearer Interpolation werden dann die Erregerverläufe für die unbekannten Drehzahlen ermittelt.

Das Programm ARLA®-SIMSTAT berücksichtigt unterschiedliche Ansätze für die Dämpfung. Es ist möglich, frequenzabhängige und -unabhängige Dämpfungsfaktoren und -koeffizienten vorzugeben. An jeder Masse des Systems lassen sich Absolutdämpfungen berücksichtigen. Die Ermittlung der Dämpfungsleistung ist an ausgewählten Orten des Antriebssystems möglich (wichtig z.B. bei der Auslegung von Tilgern und elastischen Kupplungen).

Die Systemantworten (wie z.B. Winkel, Ungleichförmigkeiten und Torsionsmomente) können überlagert oder in Form eines Torsiogramms für bestimmte Ordnungen grafisch dargestellt werden.

Ein besonderer Vorteil des Programms besteht in der integrierten Berechnung aller Eigenfrequenzen und Schwingungsformen mit grafischer Visualisierung. Die Darstellung von Resonanzschaubildern (Campbell-Diagrammen)  erfolgt ebenfalls in separaten Grafiken.

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