Neu in SimulationX 3.5

Die Standardsoftware für die physikalische Modellierung mechatronischer Systeme präsentiert sich mit rund 100 Neuerungen, die den Entwurfs- und Entwicklungsprozess verkürzen und effizienter gestalten. Die Version 3.5 bietet eine ganze Reihe neuer Modellbibliotheken und Anwenderpakete – zum Beispiel für die sehr schnelle Abbildung ebener Mechanismen und die schwingungstechnische oder energetische Bewertung von hybriden Antriebsstrukturen. Auch die Modellierung von Mehrkörpersystemen wird durch eine verbesserte Visualisierung und interaktive Manipulation deutlich erleichtert. Neu ist zudem das Ergebnisfensterhandling: Die Darstellungsmöglichkeiten und Optionen für Eigenschaften, Ergebnisgrößen und Transformationen wurden komplett überarbeitet. Darüber hinaus sorgen neue Schnittstellen, wie etwa zu MSC Nastran®, VehicleSim® oder ETAS LABCAR, und die erweiterte COM-Funktionalität für einen einfachen Datenaustausch und eine geschlossene Toolkette.

 

Die Themenfelder der Neuerungen und Erweiterungen in SimulationX 3.5 im Überblick:

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Bedienoberfläche

 

SimulationX-Modellbibliotheken und Anwenderpakete

 

Analyse

 

Erweiterte Modellierung

 

Schnittstellen

 

Modelica® in SimulationX

 

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SimulationX-Modellbibliotheken und Anwenderpakete

 

Neue SimulationX-Modellbibliotheken

 

Ebene Mechanik

Die Bibliothek Ebene Mechanik bildet eine neue physikalische Domäne ab. Sie unterstützt die effiziente Modellierung, Berechnung und Analyse mechanischer Systeme, bei denen ausschließlich Freiheitsgrade in der Ebene (Translationen in x- und y-Richtung sowie Rotation um z) zu berücksichtigen sind. Im Gegensatz zur MKS-Mechanik sind zur Analyse ebener Systeme weit weniger Parameter nötig. Die Bibliothek enthält folgende Gruppen an Grundelementen:

• Starrkörper
• Kraftelemente
• Gelenke
• Sensoren

 

Bandantriebe

Passend zur neuen Bibliothek Ebene Mechanik gibt es eine neue Modell-Bibliothek Bandantriebe zur Abbildung von Riemengetrieben, Seiltrieben und Bandantrieben in der Ebene. Die Bibliothek ist gegliedert in drei Gruppen:

• Rollen und Trommeln
• Bandmodelle
• Zwangsbedingungen

 

Thermofluidtechnik IId

Die neue thermo-fluidtechnische Bibliothek enthält verschiedene Kältemittel wie R407C, R134a, R744, R1234yf, die insbesondere für echtzeitfähige Simulationen thermischer Systeme entwickelt wurden.

 

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Neue SimulationX-Anwenderpakete

 

Hybridantriebe

Das neue Anwenderpaket Hybridantriebe basiert auf einer Modelica-Bibliothek mit quelloffenen Elementtypen, die vom Anwender erweitert oder als Vorlage für eigene Modelle genutzt werden können. Die Elementtypen umfassen mechanische Strukturen zur Abbildung des Triebstrangs (Motoren, Getriebe) und des Fahrzeugs, elektrische Strukturen für Batterie und Elektromaschinen sowie Regler- und Steuerungsmodelle. Erweitert wird die Regelungstechnik durch ein Bussystem, welches die Erstellung der Reglerstrukturen in komplexen Systemen erheblich vereinfacht und die Modellansicht übersichtlich hält.

 

Industrial Utilities

Das neue Anwenderpaket Industrial Utilities vereinigt häufig genutzte Modellbausteine und Werkzeuge für Anwendungen in der industriellen Energietechnik. Es enthält unter anderem Modelltypen für die Drucklufterzeugung und -aufbereitung, für Wärmepumpen, Kühlaggregate, Gasturbinen, Gasmotoren und Heizkessel. Das Anwenderpaket ist kompatibel mit den SimulationX-Bibliotheken Hydraulik, Pneumatik sowie Thermo-Fluidtechnik. In Verbindung mit diesen dient es beispielsweise zur Effizienz-Evaluierung von Anwendungen, zum Test verschiedener Konfiguration/Technologien oder zur Analyse von Betriebsstörungen und Schadstoffemissionen.

 

Green Building

Das neue Anwenderpaket Green Building dient der Simulation von energieeffizienten Gebäuden und wurde mit dem Partner EA Systems GmbH entwickelt. Die auf dem offenen Sprachstandard Modelica basierende Softwarelösung ermöglicht die Simulation aller Energieflüsse in einem System und sorgt so für eine ökologische Systemauslegung. Dabei werden nicht nur das Gebäude selbst, sondern auch die Lebensgewohnheiten der Bewohner sowie zusätzliche Verbraucher wie Hybrid- und elektrische Fahrzeuge, die Anbindung an das öffentliche Versorgungsnetz und die Smart-Grid-Technologie berücksichtigt.

 

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SimulationX-Bibliothekserweiterungen

 

Die Version 3.5 bietet Ihnen über 50 neue Elemente und Erweiterungen in den bewährten SimulationX-Modellbibliotheken, die den Modellaufbau mechatronischer Systeme erleichtern und für ITI-Wartungskunden ohne zusätzliche Kosten bereitstehen.

 

Translatorische und Rotatorische Mechanik

Die neuen Leistungssensoren messen den Leistungsfluss zwischen mechanischen Elementen. Es gibt dabei sowohl einen Sensor für rotatorische als auch für translatorische Systeme. Zusätzlich wird das Schnittmoment bzw. die Schnittkraft als Ergebnisgröße zur Verfügung gestellt.

 

Antriebstechnik

Die Motormodelle ermöglichen jetzt auch die Berechnung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und des Kraftstoffmassenstroms. Ein neues Beispielmodell zeigt die Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einem Drehzahlregler, der die benötigte Einspritzung einstellt.
Die neue Unterbibliothek Bremsen enthält die zwei Elementtypen Trommelbremse und Scheibenbremse. Beide Typen bieten die effiziente Modellierung solcher Bremsen durch interne Berechnungsansätze zur Reibmomentberechnung und zum Schaltverhalten. Dabei werden geometrisch-konstruktive Faktoren ebenso berücksichtigt wie das temperaturabhängige Reibverhalten. Beide Modelle haben zusätzlich thermische Anschlüsse, an die sich ein thermisches Modell zur Kühlung der Bremsen anschließen lässt.

Klauenkupplungen können jetzt mit rechteckigen Klauen und negativem Hinterschnittwinkel modelliert werden.
Der neue Modelltyp Allgemeiner Drehmomentwandler bildet einen Wandler ohne Überbrückungskupplung und Freilauf ab, d.h. der Stator ist fest mit dem Gehäuse verbunden. Damit kann dieser Wandler auch turbinenseitig angetrieben werden.

Das Modell Kardanwelle bietet jetzt den neuen Parameter psi zur freien Definition eines Einbauwinkels zwischen den Gelenken, um auch zueinander verdrehte Gabeln zu berücksichtigen.

Die Echtzeitsynchronisierungen bilden den Schaltablauf beim Synchronisiervorgang effizient ab. Die Synchronisierungszeit wird durch Synchronisierungsgeometrie und Reibverhalten bestimmt und variiert gemäß der aufgewendeten Schaltkraft. Das Modell kann mechanisch mit Aktuatorikmodellen für manuelle, hydraulische oder elektromechanische Betätigung gekoppelt werden. Basierend auf den Synchronisierungsmodellen können schnell komplette Handschalt- oder automatisierte Getriebe zur Echtzeitsimulation oder für effiziente Konzeptbewertungen aufgebaut werden.

Zur Abbildung von Torsionsschwingungstilgern in Triebsträngen enthält die Bibliothek den neuen Modelltyp Pendeltilger. Dadurch lassen sich auch variable Pendellängen modellieren. Für die verschiedenen Fahrzeugklassen gibt es neben den umschaltbaren Symbolen auch  umschaltbare voreingestellte Parameterwerte.

 

Antriebstechnik MKS

Die neue Gruppe MKS-Aktuatoren enthält zwei Differentialzylindermodelle, darunter ein Modell für einen Hydraulischen Differentialzylinder. Das Modell umfasst eine geschlossene kinematische Kette als MKS-Struktur und kann mit Modellen aus der MKS-Mechanik verbunden werden. Darüber hinaus enthält es die Abbildung der hydraulischen Eigenschaften mittels eines hydraulischen Differentialzylindermodells aus der Hydraulik-Bibliothek. Auch im Modell Pneumatischer Differentialzylinder existiert eine Variante mit Abbildung der pneumatischen Eigenschaften.

 

Elektromechanik

Die Bibliothek Elektromechanik wurde um die neuen Elementtypen Drehstrom Asynchronmotor und Drehstrom Asynchronmotor mit Parametern vom Datenblatt erweitert. Die Parametrierung von Drehstromasynchronmotoren ist auf Basis des elektrischen Ersatzschaltbildes oder von Datenblättern möglich. Für alle elektrischen Motoren existieren nun thermische Anschlüsse, die elektrische Verluste in einen Wärmestrom überführen.

 

Pneumatik

Die Pneumatik Fluiddatenbank enthält folgende neue Fluide:

Gase:

• Butan (C4H10)

• Ethan (C2H6)

• Stickstoffdioxid (NO2)

• Stickstoffmonoxid (NO)

• Wasserdampf

Gasmischungen:

• Wasserdampf-Luft Gemisch

Der neue Elementtyp Stromquelle gibt einen nutzerdefinierten Masse- oder
Volumenstrom vor.
Mit Druckquelle und Auslass können nun Druckrandbedingungen ohne
fixierte Temperatur modelliert werden.

 

Hydraulik

Die Hydraulik Fluiddatenbank enthält das neue Getriebeöl ATF DEXRON II (D) sowie folgende neue Fluide innerhalb der Gruppe Wärmeträger: Wasser-Glykol (50% H2O) und Wasser-Glykol (70% H2O).

Die Einstellungen zum Luftausgasen in der Connection enthalten nun in der Standardoption einen Parameter alphaUconst, mit dem ein konstanter Masseanteil an Luft definiert wird, der nicht in Lösung gehen kann. Zusätzlich zu der Standardoption wurde eine Option Nur konstanten, ungelösten Luftanteil berücksichtigen implementiert, die eine vereinfachte und beschleunigte Simulation mit konstantem Masseanteil an Luft zulässt.

Mit der Druckquelle kann nun auch ein Auslass ohne fixierte Temperatur modelliert werden.
Im neuen Elementtyp Druckübersetzer wird über Vorgabe der druckbeaufschlagten Flächen, beziehungsweise eines Übersetzungsverhältnisses, ein Druckverhältnis zwischen den hydraulischen Anschlüssen generiert. Es können voneinander verschiedene Fluide angeschlossen werden. Dynamische Effekte sind mit dem translatorisch-mechanischen Anschluss modellierbar.

SimulationX 3.5 enthält vier neue, mit einem oder zwei unabhängigen, hydraulischen Steueranschlüssen versehene 2/2-Proportionalventile. Je nach Typ sind diese extern angesteuerten Druckventile in Ausgangsstellung geschlossen (a) oder offen (b). Mit dem Druck pSet lässt sich eine einseitige Federvorspannung definieren.

Der neue Elementtyp Leistungssensor misst – in die hydraulische Verbindung eingebaut – die hydraulische Leistung, ohne selbst Verluste zu verursachen. Dazu werden die Schnittgrößen Druck und Volumenstrom ausgegeben.

Der neue Elementtyp Vervielfacher dient der Teilung oder Zusammenführung mehrerer identischer Masseströme. Auf diese Weise können Symmetrieeffekte ausgenutzt werden, um ein komplexes Modell mit mehreren identischen, hydraulischen Zweigen zu vereinfachen. Da nur noch einer der Zweige modelliert werden muss, werden die Größe des Modells und die Rechenzeit verringert.

Die Elementtypen Schlauchleitung und Leitung mit verteilten Parametern enthalten nun zusätzlich die Beschreibungsmöglichkeiten Volumenänderung und Relative Volumenänderung zur Definition der Wandelastizität. Beide Beschreibungsmöglichkeiten können sowohl über Parameter als auch über Kennlinien parametriert werden.

 

Thermo-Fluidtechnik

Der neue Elementtyp Flüssigkeitssammler modelliert einen Sammler für zweiphasige Kreisläufe. Am Eintritt kann Dampf, Nassdampf oder Flüssigkeit vorliegen. Solange der Sammler nicht nur Dampf enthält, tritt reine Flüssigkeit aus.

Schnittstellen

Folgende Erweiterungen stehen ab der SimulationX-Version 3.5 zur Verfügung:

 

COM-Schnittstelle: Zugriff auf Eigenfrequenzanalyse und Stationäre Simulation

Mit der erweiterten COM-Funktionalität kann jetzt in vollem Umfang auf die Ergebnisse der Eigenfrequenzanalyse zugegriffen werden (API). Dazu stehen folgende Klassen zur Verfügung:
• NaturalFrequencies
• EigenVectorElements
• Deviations
• Energies

Zudem werden die Ergebnisse einer stationären Simulation nun ebenfalls über die COM-Schnittstelle bereitgestellt. Damit lässt sich die automatisierte Auswertung von Variantenberechnungen und Testläufen deutlich verbessern. Darüber hinaus ist es möglich, alle protokollierten Ergebnisse einer transienten Simulation automatisiert als Text- oder XML-Datei zu speichern. Alle Einstellungen bezüglich der Ergebnisdarstellung lassen sich nun ebenfalls über die COM-Schnittstelle vornehmen.

 

FEM-Import aus Abaqus und MSC Nastran®

Die Schnittstelle SimulationX FEM-Import 1.0.3.6 unterstützt nun den Import dreidimensionaler mechanisch elastischer Strukturen aus Abaqus und MSC Nastran in ein SimulationX-MKS-Modell.

 

Code-Export für VehicleSim® und LABCAR

Als neue Zielprojekttypen für den Code-Export werden jetzt die VehicleSim-Applikationen CarSim, BikeSim und TruckSim unterstützt, eine Werkzeugsammlung für die effiziente Simulation von Fahrzeugen und Motorrädern der Firma Mechanical Simulation Corporation.
Zusätzlich steht für die Verknüpfung mit VehicleSim auch eine Co-Simulations-Lösung zur Verfügung. Der von SimulationX generierte C-Code für Simulink s-functions kann jetzt auch über den MATLAB Real-Time Workshop® nach ETAS LABCAR portiert werden.

 

Unterstützung von FMI

Das Functional Mockup Interface (FMI) wurde zwischen 2008 und 2011 innerhalb des europäischen Verbundprojektes Modelisar gemeinsam von namhaften europäischen Toolherstellern, Industrieanwendern und Forschungseinrichtungen erarbeitet (www.functional-mockup-interface.org). Es definiert ein Interface für Modellaustausch und Co-Simulation zwischen CAE Umgebungen unterschiedlicher Hersteller. ITI war und ist an der Entwicklung und Pflege des Standards beteiligt. Aus SimulationX-Modellen können über den Code Export Functional Mockup Units (FMU) für Model Exchange oder Co-Simulation erzeugt werden. Über die Import Funktion erfolgt die nahtlose Integration von FMUs in SimulationX-Modelle. Damit unterstützt SimulationX die komplette Bandbreite des FMI 1.0 Standards.