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2021 | Buch

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Die Erstellung eines digitalen Zwillings

Eine Einführung in Simcenter Amesim

verfasst von: Frank Ulrich Rückert, Prof. Dr. Michael Sauer

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : essentials

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Die Erstellung der ersten digitalen Zwillinge sollte intuitiv sein. In diesem Buch werden Zwillinge aus unterschiedlichen Bereichen vorgestellt, die ohne große Vorkenntnisse aufgebaut werden können. Dem Leser wird durch Praxisbeispiele ein Verständnis für die Handhabung von Simcenter Amesim vermittelt. Ohne tiefgreifende mathematische Fähigkeiten werden beispielsweise Lüftungs- und Tankanlagen, Sonnenkollektoren oder ein einfacher Wagenheber nachgebaut. Jedes Rechenbeispiel schließt mit Arbeitsvorschlägen, um den Umgang mit dem Zwilling zu schulen.

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung

Wir zeigen kurz, welche Idee hinter einem digitalen Zwilling steckt und wie wir einen digitalen Zwilling für ein beliebiges Problem erstellen können. Außerdem wollen wir das Simulationstool Simcenter Amesim von Siemens PLM Software vorstellen. Wir erklären seine Grundfunktionen und die Arbeitsweise beim Umgang mit dem Programm und erläutern, für welche Anwendungsfälle es verwendet werden kann. Weiterführende Möglichkeiten zur Erstellung von 3D Modellen werden gegeben.

Frank Ulrich Rückert, Michael Sauer

Kapitel 2. Signale und Mathematik

Zusammenfassung

Um die Funktionsweise und Handhabung von Simcenter Amesim besser erklären zu können, wollen wir mit einem ganz einfachen Thema aus der Mathematik beginnen. Wir werden zeigen, wie man mit der Signalbibliothek einen mathematischen Taschenrechner nachbauen kann. Damit werden wir die Additionsrechnung 1 + 2 = 3 durchführen. Dabei soll die Vorgehensweise bei der Erstellung sehr ausführlich beschrieben werden, um das Arbeiten mit dem Programm zu üben.

Frank Ulrich Rückert, Michael Sauer

Kapitel 3. Der mechanische Zwilling

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden erste mechanische Zwillinge für einen springenden Ball, eine Wippe oder einen Seilzug vorgestellt. Es wird erklärt, wie man solche Modelle aufbaut und was man damit untersuchen kann. Im Abschnitt Submodelle und Parameter werden sämtliche physikalischen Größen wie Gewicht oder einwirkende Kräfte detailliert angegeben. Erste Simulationsergebnisse werden in Diagrammen dargestellt und diskutiert. Zusätzlich werden weiterführende Arbeitsvorschläge gemacht, mit denen der Leser eigene, erste Erfahrungen mit den digitalen Zwillingen sammeln kann.

Frank Ulrich Rückert, Michael Sauer

Kapitel 4. Der thermische Zwilling

Zusammenfassung

Wir wollen praktische Beispiele für die Wärmeleitung in einem Kühlkörper aus Aluminium und einem Sonnenkollektor betrachten. Die Temperatur eines Körpers ergibt sich aufgrund des Wärmetransportes mit seiner Umgebung oder durch Umwandlungsprozesse und chemische Reaktionen in seinem Inneren. Beim Wärmetransport betrachtet man im Wesentlichen Wärmeleitung, Konvektion sowie den Wärmetransport durch Strahlung. Es ist wichtig, welche Masse ein Körper hat. Damit können wir errechnen, wieviel Wärme gespeichert werden kann und welche Temperatur er annimmt. Alle Einzelvorgänge können jeweils durch unterschiedliche digitale Zwillinge beschrieben werden. Zum Abschluss werden weiterführende Arbeitsvorschläge werden angeben.

Frank Ulrich Rückert, Michael Sauer

Kapitel 5. Der hydraulische Zwilling

Zusammenfassung

Wir beschäftigen uns mit dem Transport von Flüssigkeiten und damit, welche Drücke und Kräfte in Rohrleitungen oder Apparaten entstehen können. Zuerst wollen wir erklären, wie man einen hydraulischen Zwilling für zwei miteinander verbundene Heizöltanks aufbaut. Von einem Tank soll Öl mit einer Pumpe über eine Rohrleitung in einen zweiten Tank gepumpt werden. Danach wollen wir untersuchen, wie ein hydraulischer Wagenheber arbeitet. Die Kraftübertragung wird mit einem Hydrauliköl durchgeführt, was im Inneren zu Druckschwingungen führen kann. Zu den Anwendungsfällen werden erste Ergebnisse und zusätzliche Arbeitsvorschläge angegeben.

Frank Ulrich Rückert, Michael Sauer

Kapitel 6. Der pneumatische Zwilling

Zusammenfassung

Im letzten Kapitel geht es um den pneumatischen, digitalen Zwilling. Wir erstellen ein Sicherheitsventil für einen Biogastank und eine Lüftungsanlage für ein Gebäude vor. Sicherheitsventile dienen dazu, bei zu hohen Drücken in Gasleitungen ein Bersten des Druckbehälters zu verhindern. Bei der Auslegung und dem Bau von Lüftungsanlagen für Gebäude besteht oft das Problem, dass die Luft durch verzweigte Rohrleitungsnetze geleitet werden muss. Diese müssen vor dem Bau eines Gebäudes geplant und richtig ausgelegt werden. Hierbei spielen Länge und Durchmesser der Rohre eine große Rolle. Zu den Anwendungen werden erste Ergebnisse gezeigt und weiterführende Arbeitsvorschläge gemacht.

Frank Ulrich Rückert, Michael Sauer

Kapitel 7. Fazit

Zusammenfassung

Wir wollen noch einmal kurz die wichtigsten Inhalte und Ergebnisse aus diesem essential für sie zusammenfassen. Zu Anfang des Buches wird die Handhabung des Programms Simcenter Amesim vorgestellt. Wir starten mit der Erstellung eines einfachen Taschenrechners, mit dem sie erste mathematische Berechnungen durchführen können. Das Programm wurde ausgewählt, weil es einfach zu erlernen ist und keine tiefgreifenden, mathematischen Fähigkeiten oder Programmierkenntnisse notwendig sind. Es kann von Studenten kostenlos genutzt werden. In den einzelnen Kapiteln werden digitale Zwillinge aus unterschiedlichen, technischen Bereichen vorgestellt und entwickelt. Die Autoren haben dabei die Einteilung in einen mechanischen, den thermischen sowie hydraulischen und pneumatischen Zwilling gewählt. Es werden beispielsweise Lüftungs- und Tankanlagen oder ein Sonnenkollektor modelliert. Die Erstellung der ersten, eigenen Zwillinge ist dabei intuitiv. Sie können ohne große Vorkenntnisse entsprechend der Abbildungen nachgebaut werden. Jedes Rechenbeispiel schließt mit weiterführenden Arbeitsvorschlägen. Damit kann der Leser zusätzliche Untersuchungen durchführen und mit den digitalen Zwillingen üben.

Frank Ulrich Rückert, Michael Sauer

Kapitel 8. Haftungsausschluss

Zusammenfassung

Die in diesem Buch enthaltenen Informationen wurden ausschließlich aus persönlichen Erfahrungen gewonnen. Die bereitgestellten Informationen sind möglicherweise nicht korrekt, vollständig oder genau. Die Autoren übernehmen keine Verantwortung für Verluste oder sonstiger damit verbunden Haftung und erheben keinen Anspruch auf Richtigkeit der in diesem Buch enthaltenen Informationen, die sich aus der Nutzung in irgendeiner Weise ergeben, sowie die Verletzung von Patentrechten, die daraus resultieren können.

Frank Ulrich Rückert, Michael Sauer

Backmatter

Titel: Die Erstellung eines digitalen Zwillings
verfasst von: Frank Ulrich Rückert
Prof. Dr. Michael Sauer
Copyright-Jahr: 2021
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-33407-9
Print ISBN: 978-3-658-33406-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-33407-9

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