Seminar
Akustik und NVH: Physikalische
Grundlagen und
Anwendungsbeispiele- Akustiksimulation & Transferpfade – Ralf Müller
20. Februar 2019 9:30 Uhr
Conference Bereich bei der Siemens AG
Weissacher Str. 11 | 70499 Stuttgart
siemens.comUnrestricted © Siemens AG 2019
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20.02.2019Seite 2 Siemens PLM Software
System-3D Simulation
Motion, Strukturmechanik, Akustik, Durability
Flow & Thermal: ausgewogene Optimierung von
Gehäusen
Profitieren von STAR-CCM+
3D Tests Hybrid Modelling
Model Updating (stärkeres Vertrauen in CAE)
Real-time Hybrid Testing
“Out-of-the-box” Integration mit Teamcenter
Synchronisation von Simulation und Design
Leichtes Verwalten von Simulationsdaten “out-of-the-box”
mit Teamcenter Simulation
Erfassen von Wissen und Prozessautomation
Simcenter 3D Solutions
Ein Teil einer breiteten Perspektive
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Warum sind Akustiksimulationen wichtig?
Akustischer Komfort,
Soundqualität: Branding
Regularien: Pass-by-
Noise, ICAO
Kostenreduktion
z.B. Materialeinsparung
Indiv. Massenprodukt,
VariantenexplosionReduktion der
FehleranfälligkeitKraftstoffeffizienz
LeichtbauTrends im Markt
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Simcenter 3D:
eine Plattform, alle Disziplinen
Strukturen
NVH &
Akustik
Thermisch
Strömung
Verbundwerk-
stoffe
Bewegung
Rotor
Dynamik
Lebensdauer
Optimierung
1D – 3D
Co-Simulation
TEST-CAE
Korrelation
Multiphysik
Lineare FEM Nicht-Lineare FEM BEM Mehrkörper Ermüdung Thermodynamik CFD
Basiert auf NX Technologie
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Willkürliche Vibro-AkustikRisikominimierung bei Raumfahrtmissionen
Gehäuse / Panel DesignPanel Übertragungsverluste,
Einfügungsdämpfung
KabinenakustikKFZ, LKW, Traktoren, Baumaschinen
Fahrzeuglärmabstrahlung/
StreuungFahrgeräusche, Fußgängersicherheit,
Unterwasserstreuung
Leitungen (Vibro)AkustikAnsaug-/Abgasleitungen/ Auspuff
Schalldämmmaß, Geräusche von Düsen und
Hohlräumen
MaschinenlärmabstrahlungMotor, E-Motor, Kompressor, Pumpen…
Simcenter 3D Acoustics:
Themen der Akustiksimulation
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Postprocessing
Sowohl Vibration als auchAkustik, Contribution analysis
Simulationsprozess:
Schallabstrahlung einer Maschine
Geometrie-bearbeitung
Löcher schließen,Teileentfernen, ...
Vernetzung & Baugruppe
Netze verknüpfen, Schraubenvorspannung,Akustik
Structural-Acoustics (Preprocessig)
Randbedingungendefinieren, Ausgabe-anforderung, FSI
Berechnung
NX Nastran Vibro-Acoustics, FEM AML / FEMAO / ATV
SC Acoustics BEM
Design Exploration
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Simcenter Acoustics:
Gehäuseakustik
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20.02.2019Seite 8
Simcenter 3D:
Acoustic Simulation Solutions
Effizienter Einsatz von
Schallschutzmaterial
Effizienter Einsatz der
Strukturmaterialen
Eff. Design von Luft-
schlitzen,Schallwände
Größe der Löcher
(Abdeckungsbereich)
Design Luftschlitze, ...
Modulbauweise
Vollständig
integerierte
Strukturmechanik-
Löser
Link zur
Testdatenbank
Teamcenter
Synchronous
Technology
Acoustic Transfer
Admittance
Integration poröser
und absorbierender
Materialien
Wo?
Wie viel?
Absorptionseigenschaften?
Versteifung der Struktur?
Dämpfung der Struktur?
Abdecken verschiedener
Footprints
Wiederverwendung für
verschiedene Anregungen
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20.02.2019Seite 9
Simcenter 3D Acoustics
Produktanforderungen schneller erreichen
Hocheffizienter Prozess
Leicht zu bedienen:
von CAD zu Acoustics
Möglichkeiten
Realistische Simulationen für
eine Vielzahl verschiedener
Anwendungen
Größte Performanz
Resultate schnell erhalten:
hervorragende und einzigartige
Lösungstechnologie
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20.02.2019Seite 10 Siemens PLM Software
• Simulation liefert die Garantie, dass das Produkt die Erwartungen erfüllt
• Anwendung von Akustiksimulation um komplexe Schallfelder zu verstehen
• An spezifische Anwendungen angepasste Software
Punch Powertrain
Neue Generation von geschalteten Reluktanzmotoren mit
überlegener NVH-Performance
• Reduzierung der
Gesamtentwicklungszeit von
mindestens 50%
• Entwicklung neuer Motorengeneration
mit besserer NVH-Performance
• Umsetzung eines neuen
simulationsbasierten Prozesses mit
Wissenstransfer
‘Unter der Tatsache, dass wir diesen Prozess innerhalb eines halben Jahres
aufgebaut haben, können wir definitiv sagen, dass die gesamte Entwicklungszeit um
mindestens den Faktor Zwei verkürzt haben.’
Diederik Brems; Mechanical Engineer; Punch Powertrain
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• Eine Pre/Post Engineering Plattform
für viele Disziplinen:
Strukturmechanik, Akustik, Meshing,
animierte Ergebnisdarstellung und
Reporting
• Verwenden von
Schallschutzmaterialien
• Integrierte Optimierung und schnelle
Designänderung
• Selektion akustischer Quellen
• Sie erhalten ein modulares, optimales
Design von Gehäusen, betriebsbereit
• Vermeidung von übermäßigen Einsatz von
teuren Schallschutz-Materialien
• Minimierung von Simulationskosten und
Vermeidung zeitintensiver Datentranslation
und potentielle Fehler
• Einhalten akustischer Anforderungen auf
wirksamsten und effizientesten Weg
Simcenter 3D Acoustics
Vorteile
VorteileSimcenter 3D Acoustics
Simcenter Acoustics:
Schallfelder im Fahrzeuginnenraum
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20.02.2019Seite 13
Beispiel:
Ursachen für Lärm und Vibrationen bei Traktoren
Kabinenkomfort
Antriebstrang-Lärm
Reifengeräusche
Komponenten-Lärm:
Pumpen,..
Auspuff-Lärm
Luftansaug-Lärm
Lüftergeräusche
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20.02.2019Seite 14
Akustische Kabinenkomfort Simulation - End-to-End Prozess
Vibro-Akustik mit
Automatic FSI.
Sim
cen
ter
3D
Cavity meshing & property
definition: incl trimming
Sim
cen
ter
3D
Import: vorhandende KräfteSim
cen
ter
Test
Post-process: SPL Fahrerohr,
Schwachstellen-Analyse
Close-Loop mit Design:
optimierte Panele, Dämpfung,..
Sim
cen
ter
3D
Strukturmechanik ModellSim
cen
ter
3D
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20.02.2019Seite 15
• Digging in the data: Akustikmessungen am Traktor mit Simcenter Test
• Erstellung eines Simulationsmodells aus CAD-Dateien
• Bestimmen des Schallausbreitungspfads: aufzeigen von Hotspots des
Schalldruckpegels
John Deere
John Deere vermindert dröhnenden Lärm in Traktoren
• Akustische Probleme bereits in einer
frühen Entwicklungsphase behandeln
• Schnelle und effiziente
Ursachenforschung von Kabinenlärm
• Ermöglicht ein besseres Verständnis
von komplexen akustischen Systemen
• Verbesserter Kabinenkomfort für die
nächste Generation garantiert
‘Experimentelle und numerische Akustikanalyse hilft uns, NVH Optimierung in eine
frühen Phase des Entwicklungsprozesses zu verschieben. Dadurch verstehen wir
besser unsere komplexen akustischen Systeme, mit denen wir es zu tun haben.’Dr. Ing. von Holst - Group Leader, Suspension
Systems at John Deere Werke Mannheim
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• Eine Pre/Post Engineering Plattform
für viele Disziplinen:
Strukturmechanik, Akustik, Meshing,
animierte Ergebnisdarstellung und
Reporting
• Integrierte Vibro-Akustik Löser
• Import von Testdaten zur Anregung
• Integrierte Optimierung und schnelle
Designänderung, u.a. Sound Package
• Voll anpass- und automatisierbar
• High Fidelity, Effizienz
• Minimierung von Kosten, zeitintensiver
Datentransfer und potentiellen Fehlern
• Einhaltung akustischer Anforderungen auf
wirksamsten und effizientesten Weg
Simcenter 3D Acoustics
Vorteile
VorteileSimcenter 3D Acoustics
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Simcenter 3D
FE Modell Correlation & Updating
“Stimmen meine Annahmen
im Simulationsmodell?”
“Wie kann ich den Versuch
optimal vorbereiten?”
“Wie kann ich Simulation und
Versuch vergleichen?”
“Wie kann ich das
Simulationsmodell mit
Versuchsdaten verbessern?”
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20.02.2019Seite 18
Simcenter 3D
Correlation Pretest
Herausforderung:
• So viele Informationen wie möglich durch einen
möglichst einfachen Versuch erzielen
• Das FE Modell wird genutzt um die geeignesten
Positionen zu finden für:
• Sensor-DOFs
• Anregungs-DOFs
Korrelations-Kriterien:
• Modal Assurance Criteria (MAC) für die gewählten
Messpunkte
Driving Point Residuen (DPR) für die gewählten
Anregungspositionen10000 Sensoren
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Hybride Modellierung
Beispiel: Motorengeräusch im Fahrgastraum
Wiederverwendung existierender Modelle
• FE Modelle von Komponenten:
volle Flexibilität
• Test oder reduzierte Darstellung anderer
Komponenten von exisitierenden
Vorgängermodellen:
präzise (Test) und schnell (geringe
Anzahl DOF)
• Kleineres Modell Schnellere Design-
Iterationen, z.B. bei Abstimmung von
Halterungen
FE Darstellung(FE/) Test FRF oder
Moden Darstellung
Hybride oder FE
Baugruppe
Lasten Antworten
FE Darstellung
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Sinnvolle Symbiose:
Effizienz der hybriden Modellierung
Elapsed Time
Full FE 58:00 min
Hybrid – SOL 108 5:20 min
Hybrid – SOL 111 2:12 min
FRF computation 8:00 min
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Transfer-Pfad-Analyse
mit Simcenter 3D
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Vibro-Acoustics Engineering mit Simcenter Acoustics:
Source – System - Receiver
ReceiverSystemSource
Mechanisch (von MKS, Test) Finite Element Vibro-Acoustics
Test-basiert
Elektromagnetik (von EM Sim)
Boundary Element Vibro-Acoustics
Vibrationen Akustik
Beiträge Dynamischer Stress
Funktionen Sensoren
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Simcenter 12 - Systemerweiterungen
BE
M
Vib
ro-a
co
usti
cs
Transfer
admittanceF
EM
vib
ro-a
co
usti
cs
Transfer Admittance FEMAO ATV
Modal Strongly
CoupledModal Weakly Coupled
Fast Multi-pole & H-
matrix
Syste
m
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Dröhnen, Vibrieren und Getriebegeräusche reduzieren
Aisin AW
Stärkt seine Position als Technologie Partner
• Erreichen von 50% Zeitreduktion bei
der Fehlersuche aufkommender
NVH Probleme
• Signifikante Reduktion in der
gesamten Entwicklungszeit
• Anerkennung als Technologie
Partner für OEMs (Automotive)
durch Wettbewerbsvorteil
“Viele NVH-Verfahren, die wir von Simcenter Engineering Services gelernt haben,
sind nun Teil unseres Standard-Entwicklungsprozesses geworden. Wie zum
Beispiel die Transfer-Pfad-Analyse.”
Hiroki Tsuji, Group Manager, Core Component Engineering Department
• Einsatz eines modellbasierten Gesamtfahrzeugkonzepts zur Vorhersage und Eliminierung
von Getriebevibrationen
• Modellbasiertes Gesamtfahrzeugkonzept besteht aus Kombination der Methoden aus Test,
3D und Systemsimulation
Full-vehicle simulationEnergy flow lock-up booming
L-up ON
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Kontakt
Simcenter 1D + 3D
Portfolio Development (PFD):
Dr. Ralf Müller
Portfolio Development
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Mobil: +49 (0) 152 0285 9641
E-Mail: [email protected]
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