www.technologieenindustrie.com
29
'10
Written on Modified on
MAPLESOFT
Mathematische software, Maple, wordt door Renault gebruikt om het risico van het vastlopen van een motor in te schatten
Renault's Mechanical Engineering Department heeft een Maple-model ontwikkeld dat het algemene gedrag van een gesmeerd mechanisch systeem beschrijft, met als doel het vastlopen van een motor te voorspellen. Dit soort modelling, bekend als 0D-1D-modelling, focust zich op de beschrijving van het fysieke gedrag afhankelijk van de tijd. Op deze manier is de fabrikant in staat om de extra kosten te vermijden, geschat op tussen de 1 en 2 miljoen euro, die ontstaan wanneer het eerste prototype van een motor neigt vast te lopen.
Het probleem van vastlopen kan zich voordoen in tal van complexe mechanische systemen. Het is het resultaat van een grote thermische onbalans tussen toegevoerde en gedissipeerde energie, en kan een aantal verschillende vormen aannemen, zoals bijvoorbeeld een plotselinge toename van de wrijvingscoëfficiënt, verhitting en het vernielen van met elkaar in contact staande mechanische onderdelen, en/of het blokkeren van bewegingen in het mechanische systeem. Het vermijden van dit soort falen is een belangrijke zaak voor motorontwerpers, met name bij autofabrikanten. Als het eerste prototype een neiging tot vastlopen vertoont, kan dit leiden tot vertragingen en veel extra kosten, om niet te spreken van de extra kosten die ontstaan door de vertraging van het project, die aanzienlijk stijgen als de startdatum van de productie nadert.
Vastlopen van een systeem kan vele oorzaken hebben: Te weinig of te veel speling, ruwe oppervlakken, vervuiling, enz. Een ding is zeker: een model dat het mogelijk maakt vastlopen te voorspellen en helpt bij het formuleren van ontwerpaanbevelingen is een belangrijke aanwinst voor de ontwerper.
Het doel van het Maple model is het beschrijven van het algemene fysische gedrag van een gesmeerd mechanisch systeem door het gedrag van het systeem door te rekenen op een bepaald aantal punten alsmede voor de fysische grootheden die nodig zijn om vastlopen te voorspellen. In tegenstelling tot gedetailleerde modellen, zoals eindige elementen, kan met 0D-1D-modellen een goede fysische interpretatie van de resultaten gedaan worden, terwijl ze tevens veel krachtigere en snellere mogelijkheden voor optimalisatie bieden.
Het door Renault ontwikkelde model bestaat uit twee delen. Het eerste deel wordt gebruikt voor het opbouwen van gegevenstabellen vanuit een bestaand smeringmodel. Het tweede deel houdt zich bezig met de thermische aspecten, op basis van de hier boven vermelde tabellen. Fysisch betreft de modellering in zijn totaliteit twee cilindrische mechanische oppervlakken in een gemengde smering situatie.
De fysische verschijnselen die hierbij optreden zijn zeer complex:
- Smering (vergelijkingen die dunne visceuze films met een laag Reynoldsgetal beschrijven)
- Cavitatie (faseverandering in een film of olie)
- Niet-Newtoniaanse vloeistoffen (piëzoviscositeit en het effect van de afschuifsnelheid)
- Wandelasticiteitskoppeling
- Olieafschuiving
- Micro-contact dat wrijving veroorzaakt (verhitting door micro-contact)
- Geforceerde convectie en geleiding (thermo-vloeistof).
Het model is gebouwd op de beschrijving van de gecombineerde effecten van deze verschijnselen door de betreffende vergelijkingen in te voeren in de Maple software. Enkele van de vergelijkingen die gebruikt worden om de thermische verschijnselen te beschrijven in dit proces worden weergegeven in figuur 2. Het schrijven van vergelijkingen is aanzienlijk vereenvoudigd door de technische documenten interface van Maple, waarmee wiskundige formules op een natuurlijke manier kunnen worden geschreven.
Het parametrisch model dat met Maple is geconstrueerd maakt het mogelijk om het risico van vastlopen te voorspellen en te begrijpen hoe het werkt. Oververhitting en het vastlopen dat daarop volgt, gebeuren binnen een zeer korte tijdspanne, maar daarbij is het ook belangrijk om goed inzicht te krijgen in de omstandigheden die tot oververhitting leiden, soms over langere perioden. Het 0D/1D model dat met Maple is gebouwd, maakt het mogelijk om het vastlopen in kaart te brengen, afhankelijk van vele verschillende parameters. Meer in het algemeen wordt het mogelijk om vastloopgedrag te voorspellen op basis van een bepaalde set van parameters.
"Het geparametriseerde model dat met Maple is gebouwd, stelt ons in staat om fysica intensiever toe te passen bij het modelleren van verschijnselen teneinde antwoorden te kunnen genereren in de gevallen dat klassieke systemen ons niet kunnen helpen," zegt de heer Ligier, R & D Manager bij Renaults Mechanical Engineering Department. "Deze aanpak betekent dat snelle iteraties mogelijk zijn waardoor gevoeligheidsanalyses of mappings kunnen worden gedaan zodat we supersnel op de nieuwe uitdagingen kunnen reageren die elke industriële ontwikkeling kan initiëren.”
De Maple-software wordt momenteel toegepast in het Mechanical Engineering Department van Renault voor het fysisch 0D/1D modelleren van systemen. Met behulp van deze aanpak kunnen in zeer korte tijd relevante technische aanbevelingen worden gedaan over een breed scala van toepassingen.
Vastlopen van een systeem kan vele oorzaken hebben: Te weinig of te veel speling, ruwe oppervlakken, vervuiling, enz. Een ding is zeker: een model dat het mogelijk maakt vastlopen te voorspellen en helpt bij het formuleren van ontwerpaanbevelingen is een belangrijke aanwinst voor de ontwerper.
Het doel van het Maple model is het beschrijven van het algemene fysische gedrag van een gesmeerd mechanisch systeem door het gedrag van het systeem door te rekenen op een bepaald aantal punten alsmede voor de fysische grootheden die nodig zijn om vastlopen te voorspellen. In tegenstelling tot gedetailleerde modellen, zoals eindige elementen, kan met 0D-1D-modellen een goede fysische interpretatie van de resultaten gedaan worden, terwijl ze tevens veel krachtigere en snellere mogelijkheden voor optimalisatie bieden.
Het door Renault ontwikkelde model bestaat uit twee delen. Het eerste deel wordt gebruikt voor het opbouwen van gegevenstabellen vanuit een bestaand smeringmodel. Het tweede deel houdt zich bezig met de thermische aspecten, op basis van de hier boven vermelde tabellen. Fysisch betreft de modellering in zijn totaliteit twee cilindrische mechanische oppervlakken in een gemengde smering situatie.
De fysische verschijnselen die hierbij optreden zijn zeer complex:
- Smering (vergelijkingen die dunne visceuze films met een laag Reynoldsgetal beschrijven)
- Cavitatie (faseverandering in een film of olie)
- Niet-Newtoniaanse vloeistoffen (piëzoviscositeit en het effect van de afschuifsnelheid)
- Wandelasticiteitskoppeling
- Olieafschuiving
- Micro-contact dat wrijving veroorzaakt (verhitting door micro-contact)
- Geforceerde convectie en geleiding (thermo-vloeistof).
Het model is gebouwd op de beschrijving van de gecombineerde effecten van deze verschijnselen door de betreffende vergelijkingen in te voeren in de Maple software. Enkele van de vergelijkingen die gebruikt worden om de thermische verschijnselen te beschrijven in dit proces worden weergegeven in figuur 2. Het schrijven van vergelijkingen is aanzienlijk vereenvoudigd door de technische documenten interface van Maple, waarmee wiskundige formules op een natuurlijke manier kunnen worden geschreven.
Het parametrisch model dat met Maple is geconstrueerd maakt het mogelijk om het risico van vastlopen te voorspellen en te begrijpen hoe het werkt. Oververhitting en het vastlopen dat daarop volgt, gebeuren binnen een zeer korte tijdspanne, maar daarbij is het ook belangrijk om goed inzicht te krijgen in de omstandigheden die tot oververhitting leiden, soms over langere perioden. Het 0D/1D model dat met Maple is gebouwd, maakt het mogelijk om het vastlopen in kaart te brengen, afhankelijk van vele verschillende parameters. Meer in het algemeen wordt het mogelijk om vastloopgedrag te voorspellen op basis van een bepaalde set van parameters.
"Het geparametriseerde model dat met Maple is gebouwd, stelt ons in staat om fysica intensiever toe te passen bij het modelleren van verschijnselen teneinde antwoorden te kunnen genereren in de gevallen dat klassieke systemen ons niet kunnen helpen," zegt de heer Ligier, R & D Manager bij Renaults Mechanical Engineering Department. "Deze aanpak betekent dat snelle iteraties mogelijk zijn waardoor gevoeligheidsanalyses of mappings kunnen worden gedaan zodat we supersnel op de nieuwe uitdagingen kunnen reageren die elke industriële ontwikkeling kan initiëren.”
De Maple-software wordt momenteel toegepast in het Mechanical Engineering Department van Renault voor het fysisch 0D/1D modelleren van systemen. Met behulp van deze aanpak kunnen in zeer korte tijd relevante technische aanbevelingen worden gedaan over een breed scala van toepassingen.
