advanced simulation technologies 2 1 F O C U S Das erzwungene Abkühlen von zuvor erhitzten Bauteilen wird als Abschreckung bezeichnet – ein üblicher Vorgang im Wärmebehandlungsprozess von Gussteilen. Das Ziel dieses Prozesses ist es, die Materialeigenschaften und Eigenspannungen eines Bauteiles so zu gestalten, dass es hohen Belastungen standhalten kann. Ein typisches Beispiel für ein komplexes hochbelastetes Gussteil ist der Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors. Unter ungünstigen Bedingungen können Risse auftreten, welche zu schwerwiegenden Schäden und somit zu Gewährleistungsansprüchen und Konsumentenunmut führen können. In der näheren Vergangenheit haben Motor-Downsizing und Maßnahmen zur Gewichtsreduktion vermehrt zu Materialversagen geführt. Automobil- > Während des Abkühlvorganges steigt Dampf von der Oberfläche des abgeschreckten Zylinderkopfes auf. FIRE® simuliert gleichzeitig das Sieden des Kühlmittels sowie das Abkühlen der Struktur. KOSTENSENKUNG BEI GLEICHZEITIGER QUALITÄTSSTEIGERUNG DURCH SIMULATION DES ABSCHRECKVERHALTENS VON GUSSTEILEN MIT AVL FIRE® OPTIMIERUNG VON EINSPRITZDÜSEN DURCH CO-SIMULATION VON AVL BOOST UND FIRE® Um Zielvorgaben wie Motorleistung, Effizienz und Rohemissionen einhalten zu können, ist eine präzise Steuerung der Kraftstoffeinspritzung unumgänglich. Fertigungstoleranzen müssen, vor allem bei kleinen Einspritzdüsen, minimiert werden, da sich schon geringfügige Abweichungen erheblich auf die Gemischbildung auswirken, was wiederum zu einer schlechteren Motorleistung führt. Aufgrund des komplexen Fertigungsprozesses von Einspritzlöchern sind Positionsabweichungen jedoch unvermeidbar. Dadurch kann die Einspritzung in die Brennkammer asymmetrisch werden, was wiederum Einfluss auf sämtliche dort ablaufende Prozesse hat: Zündung, Verbrennung/ Wärmefreisetzung, Emissionsbildung und Wärmeübergang. „Die gekoppelte BOOST HYDSIM/FIRE® Simulation ist ein virtueller Prüfstand, der die detaillierte Definition und die Optimierung von Einspritzsystemen ermöglicht. Gleichzeitig kann bei den Einspritzdüsen der Einfluss der Fertigungstoleranzen auf Effizienz und Effektivität des Verbrennungsprozesses untersucht werden“, erläutert David Greif, Produktmanager für AVL FIRE®, den doppelten Nutzen dieser Art der gekoppelten Simulation. Während eindimensionale BOOST- Modelle das komplette Einspritzsystem vom Tank über die Zuleitung bis hin zur Einspritzdüse abbilden, zielt das FIRE®-Modell auf die dreidimensionale Berechnung der Strömung durch die Düsenspitze ab. Gekoppelte Simulationen reproduzieren sowohl Axial- als auch Radialbewegungen der Nadel und können so schon geringste geometrische Abweichungen in der Düse aufzeigen. Eine asymmetrische Kraftstoffversorgung spiegelt sich in einer nachfolgenden Simulation der In-Zylinderströmung und des Verbrennungsprozesses wider. „Die Koppelung von BOOST und FIRE® erleichtert eine zuverlässige Düsenkonstruktion, was eine Voraussetzung für einen verlässlichen Verbrennungsmotor und nachvollziehbare Leistungsdaten ist“, so Greif. < hersteller haben daher nach Wegen gesucht, ihre Wärmebehandlungsverfahren zu optimieren. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, hat AVL eine innovative Lösung entwickelt und in seine 3D CFD Software FIRE® integriert. Durch eine genaue Modellierung der verschiedenen, während des Quenchings auftretenden Siedephasen, wird eine präzise Vorausberechnung des transienten Abkühlprozesses der abgeschreckten Bauteile möglich. Damit ist eine wesentliche Voraussetzung für die Ermittlung von Eigenspannungen und Veränderungen der Materialeigenschaften erfüllt. Unter Einbeziehung der erzielten Berechnungsergebnisse können die optimale Eintauchrichtung und die Kühlmitteltemperatur festgelegt werden. Ebenso kann über die Notwendigkeit einer erzwungenen Strömung im Tauchbecken durch Anbringen von Düsen oder Rührwerken entschieden werden. AVLs einzigartige und anerkannte Lösung wird bereits von namhaften OEMs und Zulieferern wie Ford, HMC, VW und NEMAK eingesetzt, um höchsten Ansprüchen an Produktqualität und Bauteil-Lebensdauer gerecht zu werden. <
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