Webinar: Simulación a la Fatiga de componentes automotrices con ANSYS nCode
Instructor: M. en C. Carlos Franco
Entrada: Gratuita
Si tiene alguna duda o comentario, por favor póngase en contacto con Norma Álvarez Baeza:
norma.alvarez@grupossc.com
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David Elia, director de planificación de productos - Recreación, Polaris
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]"Diseñar un sistema de refrigeración del motor que sobreviva a todas estas condiciones no es algo trivial", afirma Pratik Chandan, director de ingeniería sénior de Polaris. "Uno de los problemas que tenemos es que necesitamos aprender las interacciones físicas de los sistemas complejos juntos en el entorno virtual y eso es lo que nos ayudan a hacer las herramientas de simulación como Ansys".[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1534" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]El enfriamiento del motor es solo una de las características de ingeniería que Polaris simuló con las soluciones Ansys.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="30" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text]Sam Poirier, director ejecutivo de Potential Motors, explica el concepto de sistemas proactivos para vehículos que utilizan cámaras y sensores.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Potential Motors, miembro del Ansys Startup Program , está facilitando el desarrollo de vehículos todoterreno totalmente eléctricos que pueden ver, comprender y prepararse proactivamente para el terreno más difícil que se avecina, habilitado por software, inteligencia artificial (IA), y un conjunto de sensores. El objetivo final de todo esto es permitir que cualquier conductor, independientemente de su nivel de habilidad, pueda afrontar los terrenos más desafiantes con confianza.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]La empresa de tecnología automotriz ha trabajado mucho para construir una plataforma que refleje su visión de cómo podría verse un vehículo definido por software (SDV) en una aplicación de vehículo eléctrico, extendiéndose más allá de los límites de lo que está disponible en el mercado hoy en día. , y luego poner a prueba esa visión. [/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]"Pasamos mucho tiempo en simulaciones tratando de descubrirlo, sabes todo, desde qué verá el lidar hasta cómo reaccionará el chasis, por lo que este vehículo en sí es nuestra propia plataforma", dice Sam Poirier, Co- fundador y director ejecutivo de Potential Motors. "Lo construimos desde cero, porque realmente queríamos un vehículo definido por software para todo terreno y, sorprendentemente, no hay uno disponible para que lo usemos".[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1536" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Bill Lamey, director de tecnología de Potential Motors, analiza la tecnología de detección remota con la presentadora de Driven by Simulation, Miss Emma Walsh.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]El software ya es compatible con los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) que estamos acostumbrados a ver en nuestros vehículos. Pero en el futuro nuestros vehículos estarán definidos principalmente por software. También conocidos como SDV, tendrán la capacidad de dar forma a nuestras experiencias de conducción a través de la conectividad, la inteligencia artificial, la automatización y la personalización. [/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Al desarrollar su plataforma SDV, Poirier también se dio cuenta de que estaba resolviendo un problema fundamental relacionado con la eficiencia todoterreno que se extiende más allá del público recreativo hasta sectores comerciales como la minería o la tala, donde conquistar las condiciones ambientales es a menudo un requisito previo para la productividad diaria.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1538" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text dp_text_size="size-4"]"Sin simulación creo que nos resultaría muy difícil construir algo como esto", afirma Poirier. “Especialmente, sabes que somos un equipo pequeño, somos una empresa nueva aquí en Canadá y, con recursos limitados, tienes que hacer las cosas de manera eficiente. La simulación significa que puedes hacer las cosas de manera eficiente. Puedes hacer mucho más con un equipo pequeño”.[/vc_column_text][rs_space lg_device="30" md_device="" sm_device="" xs_device=""][/vc_column][/vc_row]
Figura 1. El chirrido del motor a menudo es causado por una fuerza de excitación alta que se alinea con una frecuencia natural dominante de la estructura del motor.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Podemos demostrar cómo evaluar los niveles de ruido en un motor eléctrico con un ejemplo. A continuación se muestra un motor de tracción automotriz típico. Se trata de una topología de motor de imán permanente interior (IPM) con ocho polos y 48 ranuras.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1516" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Figura 2. Un motor de tracción típico de un automóvil.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Una forma sencilla de evaluar en qué frecuencias es probable que obtengamos picos en la respuesta acústica es mediante un diagrama de Campbell. Este diagrama muestra las frecuencias (órdenes) de excitación dominantes como líneas diagonales con una relación lineal entre la frecuencia y la velocidad de rotación. Las frecuencias naturales de la estructura del estator del motor eléctrico se muestran como líneas verticales.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1517" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Figura 3. El diagrama de Campbell.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Los picos de ruido suelen producirse donde las líneas se cruzan, lo que significa que a esa frecuencia, la fuerza electromagnética excita un modo estructural del estator. Para nuestro ejemplo, los modos estructurales más importantes son F0 (un modo de respiración excitado por la fuerza promedio alrededor del estator que cambia con el tiempo) y F8, un modo octaédrico excitado por la frecuencia de forzado fundamental debido a que el motor tiene ocho polos.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Un espectrograma muestra la respuesta acústica para cada orden de frecuencia. Cuando el orden de frecuencia cruza una frecuencia natural, la amplitud de la respuesta acústica, o potencia del sonido, es máxima, como se muestra en el espectrograma a continuación.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1519" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Figura 4. Cuando el orden de frecuencia cruza una frecuencia natural, la amplitud de la respuesta acústica, o potencia del sonido, es máxima.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Al tomar una sección transversal de cada orden dominante (el llamado "corte de orden"), podemos trazar la potencia del sonido acústico en función de la velocidad de funcionamiento del motor. Esto nos permite identificar a qué velocidades/frecuencias se produce la mayor respuesta.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1520" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Figura 5. Gráfico que identifica qué velocidades/frecuencias provocan la mayor respuesta.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text]Figura 6. Armónicos espacio-temporales del estator.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Esto resalta la importancia de un enfoque que combine forzamiento y respuesta, que permita a los ingenieros evaluar rápidamente el ruido y la vibración desde las primeras etapas del proceso de diseño. Si nos centráramos únicamente en reducir las excitaciones electromagnéticas, no nos preocuparíamos por estas pequeñas excitaciones; sin embargo, estos son claves para el ruido que genera este motor. En este caso, para reducir el ruido, podemos centrarnos en reducir la respuesta del estator en lugar de reducir aún más las ya pequeñas excitaciones.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]La respuesta del estator está definida por el comportamiento modal de la estructura del estator, el cual está determinado por sus dimensiones y materiales. Una forma de reducir la respuesta del estator es engrosando el hierro posterior del estator, lo que aumenta su rigidez y sus frecuencias naturales. Esto reducirá la amplitud del ruido en los picos de resonancia y aumentará la velocidad del motor a la que se produce la resonancia. Lo ideal es que aumentemos esta velocidad hasta que la resonancia se produzca por encima de la velocidad máxima de funcionamiento del motor.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1523" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Figura 7. El aumento del espesor del hierro posterior del estator reduce el ruido.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Para nuestro ejemplo, el aumento en el espesor del hierro posterior del estator del motor eléctrico significa que las frecuencias de los modos estructurales F0 y F8 se desplazan hacia la derecha. La comparación de la respuesta resultante muestra una reducción en el pico de resonancia causado por el armónico 12 en 4 decibeles (dB). Esto se debe al aumento de la rigidez del estator para el modo estructural F0. El pico de resonancia debido al armónico 14 ha desaparecido por completo, ya que ya no cruza el modo estructural F8.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1524" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Figura 8. Reducción del pico de resonancia.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Las herramientas de análisis NVH que se muestran arriba son las últimas incorporaciones a Ansys Motor-CAD . Motor-CAD es el software dedicado al diseño de motores eléctricos. Proporciona herramientas de análisis y diseño rápidas y precisas que incluyen todas las principales físicas, por ejemplo, electromagnéticas, térmicas, mecánicas y ahora NVH. La herramienta de análisis NVH utiliza una combinación de análisis de elementos finitos (FEA) y métodos analíticos para que los tiempos de simulación sean cortos. Esto permite al diseñador de motores incorporar el análisis NVH a su diseño conceptual multifísico y realizar cambios de diseño para evitar problemas de ruido desde el principio.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][/vc_column][/vc_row]
La Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA) está construyendo un banco de pruebas de un reactor llamado CHIMERA y utilizando simulaciones para optimizar su producción.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]CHIMERA se encuentra actualmente en construcción. Existe una historia previa de creación de prototipos y pruebas en UKAEA sin el trabajo de simulación inicial, algo que el equipo tiene la intención de cambiar con el software Ansys. Una prioridad era crear las condiciones necesarias para soportar la alta temperatura y presión necesarias para facilitar la fusión en un entorno virtual. Fuera de un entorno virtual, en ausencia de simulación, las pruebas y la creación de prototipos iterativos resultan costosas e ineficaces en términos de recursos y tiempo.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Para operar un banco de pruebas de manera efectiva, el equipo debe modelarlo y someterlo a las diversas condiciones de carga multifísica involucradas para comprender cómo se comportarán los componentes de prueba. Trabajando en un gemelo digital de componentes de fusión con la ayuda de Ansys Twin Builder se utilizará para pruebas virtuales y monitoreo de componentes CHIMERA dentro de un entorno de simulación.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]La creación de un modelo de sistema o gemelo digital de CHIMERA requiere el acoplamiento de modelos computacionales con una contraparte física que pueda actualizarse dinámicamente a través del flujo de datos. El modelado computacional se permite mediante la simulación de varios componentes de CHIMERA que se considerarán durante las pruebas de la plataforma. Con el tiempo, se podrá utilizar un gemelo digital de componentes que combine datos de instrumentación física con simulación para ofrecer diagnósticos virtuales en tiempo real en apoyo del futuro mantenimiento predictivo del reactor.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1504" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Muestra de puesta en servicio bajo prueba (izquierda).
[/vc_column_text][vc_column_text]Simulación de sistemas metafísicos de la muestra de puesta en servicio de CHIMERA bajo prueba realizada por UKAEA con Ansys Twin Builder (derecha).
[/vc_column_text][rs_space lg_device="30" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text]Ejemplo de variación de temperatura en la parte frontal de la muestra de puesta en marcha bajo prueba debido al flujo másico y a los valores máximos térmicos/de tensión obtenidos en Ansys optiSLang realizado por UKAEA.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="30" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text]
Con sólo 2 x 2 m, los paneles eólicos de Katrick se pueden desplegar fácilmente tanto en entornos rurales como urbanos.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="30" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text]Debido a su diseño, los paneles eólicos de Katrick Technologies pueden funcionar en aeropuertos sin interferir con los sistemas de comunicación electrónicos o radares.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Por ejemplo, los paneles eólicos de Katrick se pueden colocar en un polígono industrial para suministrar electricidad a los edificios, desde iluminación hasta refrigeración, calefacción y más. En otro ejemplo, se pueden colocar en un aeropuerto para alimentar sus terminales, que funcionan casi las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Debido a su mecánica y diseño, los Paneles Eólicos de Katrick no interfieren con los sistemas de comunicación electrónica o radar como las turbinas rotativas. Esto brinda una gran oportunidad para que los aeropuertos reduzcan su huella de carbono, ya que la energía solar no está disponible diariamente en todas las regiones del mundo durante todo el año.[/vc_column_text][rs_space lg_device="30" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text]Los conductos de los paneles eólicos de Katrick aceleran la velocidad del viento y maximizan la captura de energía eólica.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Los ingenieros de Katrick se benefician de la amplia gama de herramientas de simulación de Ansys, incluidas Ansys DesignModeler y Ansys SpaceClaim para la preparación de geometría, soluciones de mallado de Ansys para crear cuadrículas computacionales para simulaciones precisas y Ansys Fluent para aplicar técnicas de dinámica de fluidos computacional (CFD) y simular el flujo de aire alrededor. Paneles de viento y estructuras cercanas.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]"El flujo del viento, la dirección y los datos característicos que recopilamos en el sitio se pueden replicar mediante la simulación de Ansys para comprender mejor la distribución del flujo de aire dentro y alrededor del dispositivo Wind Panel", dice Katrina Calautit, ingeniera CFD de Katrick. "Esto nos permite comprender mejor cuál sería el mejor lugar para ubicar nuestro panel eólico, ya sea entre edificios o al lado de ellos, ubicaciones de techos o cerca de pistas".[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]DesignModeler y SpaceClaim permiten al equipo crear modelos 3D detallados y perfeccionar la geometría de ingeniería asistida por computadora (CAD). Una vez preparada la geometría, los miembros del equipo importan el modelo CAD 3D a una solución de mallado Ansys, seleccionan un tipo de malla apropiado, definen parámetros de tamaño e implementan capas límite para capturar efectos viscosos. Una vez validada, la malla se exporta a Fluent para simular comportamientos aerodinámicos complejos, distribución del flujo de aire y los efectos de la velocidad, cizalladura, dirección y sombra del viento.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]“En resumen, CFD y meshing son herramientas esenciales que permiten la simulación, el análisis y la optimización precisos del flujo de fluido en el Panel Eólico, contribuyendo al desarrollo de soluciones de energía renovable más eficientes y sostenibles”, dice Calautit. "Las aplicaciones de las herramientas se extienden más allá de las simulaciones teóricas y contribuyen activamente a la optimización práctica del diseño del panel eólico, avanzando así en la búsqueda de soluciones de energía renovable sostenibles y eficaces".[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Además, las capacidades de posprocesamiento de Fluent permiten una visualización adicional de las variables de flujo a través de diagramas de contorno, vectores y líneas de corriente, lo que brinda una comprensión integral del comportamiento de los fluidos.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]"El completo flujo de trabajo de simulación de Ansys nos permite obtener información sobre el rendimiento del sistema, validarlo con datos experimentales y tomar decisiones de diseño informadas para el desarrollo eficiente y sostenible de nuestra tecnología de paneles eólicos", añade.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column width="1/2"][vc_single_image image="1490" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Una simulación de Ansys Fluent representa la dirección y el flujo del viento alrededor de un entorno construido en Glasgow.
[/vc_column_text][/vc_column][vc_column width="1/2"][vc_single_image image="1491" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Un análisis en Ansys Fluent ilustra la velocidad del viento alrededor de los edificios en Glasgow.
[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][rs_space lg_device="15" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text]La tecnología Wind Panel de Katrick Technologies está en desarrollo, pruebas y optimización, y se espera un modelo comercial para mediados o finales de 2024.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]La firma de consultoría de ingeniería Wilde Analysis Ltd , una empresa de PDS Vision Group y socio de canal selecto de Ansys, presentó a Katrick el programa Ansys Startup , que apoya a las empresas emergentes en etapa inicial y media al ofrecer acceso asequible a las soluciones de simulación de Ansys.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]"Sin Ansys, no hubiéramos podido validar los resultados de nuestras pruebas en el túnel de viento, mejorar el diseño de nuestro conducto para aumentar la velocidad del viento y la captura de energía, ni comprender la distribución del flujo de aire para la colocación de nuestra tecnología en varias ubicaciones del sitio". dice Alexandra Basso, directora de marketing de Katrick Technologies. "Sin esto, estaríamos meses atrasados en el desarrollo y más lejos de las discusiones comerciales con potenciales OEM".[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_single_image image="1494" img_size="full" alignment="center"][vc_column_text]Katrick Technologies se dedica al desarrollo de tecnologías limpias y a acelerar la transición a energías renovables a través de la innovación.
[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Katrick está en camino de completar su primera instalación en vivo para 2024, pero la compañía no se detendrá allí. Dedicado al desarrollo de tecnologías limpias, Katrick imagina un futuro más limpio y planea utilizar la simulación Ansys mientras diseña la tecnología para hacerlo realidad.[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]"En Katrick Technologies, nuestra misión es acelerar la transición a la energía renovable a través de la innovación", afirma. “Tenemos un conjunto de tecnologías para comercializar que utilizan calor residual, ondas y vibraciones. Como parte del viaje para crear, diseñar y desarrollar estas tecnologías, la simulación de Ansys será fundamental para comprender cómo funcionarán y se beneficiarán nuestras tecnologías en diversos entornos al validar las pruebas, mejorar el desarrollo y el rendimiento del producto y simular variables de optimización de la tecnología misma.”[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_separator color="black"][vc_column_text dp_text_size="size-4"]Autor Jennifer Procario Redactora de comunicaciones corporativas, Ansys[/vc_column_text][rs_space lg_device="20" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_separator color="black"][vc_column_text dp_text_size="size-4"]“Sin Ansys, no hubiéramos podido validar los resultados de nuestras pruebas en el túnel de viento, mejorar el diseño de nuestro conducto para aumentar la velocidad del viento y la captura de energía, ni comprender la distribución del flujo de aire para la colocación de nuestra tecnología en varias ubicaciones del sitio. Sin esto, estaríamos meses atrasados en el desarrollo y más lejos de las discusiones comerciales con potenciales OEM”.[/vc_column_text][rs_space lg_device="5" md_device="" sm_device="" xs_device=""][vc_column_text dp_text_size="size-4"]— Alexandra Basso, directora de marketing de Katrick Technologies
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