Das Ziel der Klimaneutralität Deutschlands bis zum Jahr 2045 stellt unter anderem den Gebäudesektor vor große Herausforderungen. In den letzten Jahren wurde zunehmend erkennbar, dass die Wärmewende einen wichtigen Beitrag zur Klimaneutralität leisten muss. Diese Masterarbeit leistet einen Beitrag zur Wärmewende, indem ein Modell zur thermischen Simulation von Quartieren, die geothermisch versorgt werden sollen, entwickelt und analysiert wird. Neben der dynamischen Simulation von Quartieren wird besonderer Wert auf die Integration der Anlagentechnik in Form von Wärmepumpen, Förderpumen, Speichern und Heizsystemen gelegt, um die definierte Forschungslücke von einerseits sehr performanten und stark vereinfachten Modellen und andererseits sehr detaillierten Simulationen, die einzelne Gebäude betrachten, zu schließen. Des Weiteren sind innerhalb dieser Arbeit unterschiedliche Nutzungszusammensetzung und Standorte des Quartiers zu realisieren. Das Quartiersmodell wird mithilfe der Modelica-Bibliothek GreenCity in der Simulationsumgebung SimulationX erstellt, da diese eine große Auswahl an Elementen bereitstellt, um die genannte Zielstellung zu erreichen. Umgesetzt werden diese Ziele, indem ein Quartiersmodell entwickelt wurde, dessen Gebäude durch ein kaltes Nahwärmenetz verbunden sind. Jedem Gebäude kann eine von vier Nutzungsarten (Wohnen, Bildung, Büro, Einzelhandel) zugewiesen werden. Jedes Gebäude wird außerdem durch drei zusammenfassende Modelica-Elemente, in denen sich Untermodelle befinden, modelliert. Diese beschreiben den Netzanschluss, die Anlagentechnik und das Gebäude. Die Anlagentechnik beinhaltet eine Wärmepumpe, einen Heizpufferspeicher sowie die Möglichkeit der Kühlung des Gebäudes mittels Plattenwärmeübertrager. Das Gebäude selbst beinhaltet die Simulation einer Fußbodenheizung und wird durch eine Zone berechnet.:1 Einleitung 1.1 Hintergrund 1.2 Motivation und Präzisierung der Aufgabenstellung 2 Stand der Technik 2.1 Quartiersdefinitionen 2.2 Dynamische Gebäudesimulation auf Quartiersebene 3 Modellierung 3.1 Grundlegende Modellstruktur und Gebäudemodell 3.2 Erweiterung zum Quartiersmodell 3.3 Modellparameter 3.3.1 Umweltparameter 3.3.2 Gebäudeparameter 3.3.3 Anlagenparameter 3.3.4 Wärmenetzparameter 3.3.5 Simulationsparameter 4 Anwendung der Simulationsmodelle 4.1 Modell zur Verifikation 4.2 Modell zur Validierung 4.3 Angewendetes Quartiersmodell 5 Ergebnisse 5.1 Ergebnisse der Verifikation 5.2 Ergebnisse der Validierung 5.3 Ergebnisse des Quartiermodells 6 Diskussion 6.1 Quartiermodell 6.2 Verifikation und Validierung 7 Zusammenfassung und Ausblick

Im Rahmen eines Kurzvortrages wurden die grundlegenden Zusammenhänge zwischen dem Prinzip von Modelica und SimulationX erläutert. Der Fokus liegt hierbei auf der Einführung in die Systemsimulation mit Funktionalität von Modelica. Die genutzte Software SimulationX wird in ihren Grundzügen vorgestellt und es sind Vorgehensempfehlungen zur Modellbildung innerhalb solcher Programmumgebungen enthalten. Durch die Modularität des Programms ergeben sich für den Anwender neue Möglichkeiten in der Simulation komplexer Mechanismen. Durch eine gezielte Verknüpfung von Analyse- und Synthesemodulen mit Optimierungsalgorithmen, kann so ein intelligentes Berechnungssystem geschaffen werden. Dies ermöglicht methodisch neue Auslegungsstrategien ebener Koppelgetriebe mit dynamischen Anforderungen.

Wo FEM- und CFD-Analysen präzise Aussagen über einzelne Bauteile und überschaubare Baugruppen liefern, untersucht die dynamische Systemsimulation zeitveränderliche Vorgänge ganzer Systeme. Diese Systeme können auch aus Komponenten unterschiedlicher physikalischer Domänen bestehen. Somit lassen sich zum Beispiel die Wechselwirkungen und resultierenden Effekte aus Regelstrecken gekoppelt mit mechanischen, hydraulischen und oder elektrischen Strukturen komfortabel in nur einem Modell auf einer Plattform betrachten.

Im Vortrag geht es um die Erstellung von Berechnungsmodellen zur Simulation ebener Koppelgetriebe in SimulationX. Der Fokus liegt hierbei auf der vollparametrischen Modellsteuerung während der Getriebesynthese in SimulationX. Neben Möglichkeiten zur Steuerung und Variation der Simulationsmodelle während der Berechnung wird die Entwicklung von Berechnungsmodulen zur Individualisierung des Berechnungsprozesses vorgestellt. Möglichkeiten zur Steuerung der Simulation und Co-Simulation bei anderen Programmen ist ebenfalls Thema weiterer Ansätze zur domänenübergreifenden Gesamtsimulation von Koppelgetrieben.

Die Entwicklung ebener Koppelgetriebe als nichtlinear übersetzende Antriebe in Verarbeitungsmaschinen stellt bis heute ein domänenübergreifendes Fachgebiet des Maschinenbaus dar. Auf der einen Seite gilt es, die Koppelgetriebe möglichst effizient in einer sich stetig wandelnden Softwarelandschaft zu synthetisieren (geometrische Maßfindung der Getriebeglieder) und auf der anderen Seite steigen die mechanischen Anforderungen. Aus diesem Grund besteht der Wunsch nach einer Vereinigung von Synthese und Analyse (kinematisch sowie kinetisch) in möglichst einer Programmumgebung. Basierend auf dem zum 18. ITI Symposium im Jahr 2015 vorgestellten modulbasierten Analyse-Synthese-Parameter-Abgleich (ASPA) ist in den vergangenen Jahren eine umfangreiche Bibliothek zur modulbasierten Synthese ebener Koppelgetriebe in SimulationX entstanden. Der Beitrag zeigt am Beispiel eines 14-gliedrigen Pressenantriebes, welche neuen Möglichkeiten im Kontext von ASPA innerhalb von SimulationX durch diese Bibliothek entstanden sind. Basierend auf vorausgegangenen Arbeiten wurde erstmals die Möglichkeit der Synthese des Getriebes mittels Maßsynthese bei einer gleichzeitigen Beeinflussung der Gelenkkräfte und Bewegungsverläufe nachgewiesen. Dabei kam der Variantenassistent in SimulationX für die Ermittlung der Parametersensitivitäten zum Einsatz. Das Einbinden von parametrisierten Trägheitskenngrößen auf Basis vereinfachter Volumenkörper ermöglichte hierbei die Berücksichtigung der Bauteilmassen während der Synthese. Die Möglichkeit der gleichzeitigen Beurteilung kinematischer und kinetischer Kenngrößen während der Synthese ist an dieser Stelle ein besonderes Merkmal des Konzeptes ASPA. / Developing nonlinear transmitting planar coupler linkages represents a domain enclosing field in mechanical engineering. On the one hand, there is a demand for an efficient layer synthesis (geometrical sizing of the links) and on the other hand, it is necessary to adapt to a constantly changing software environment. Thus, it is desired to crosslink the kinematical and kinetical synthesis and analysis of linkages within one software environment. Based on a paper about the Analysis-Synthesis-Parameter-Adjustment (ASPA), published at the 18th ITI Symposium in 2015, an extensive synthesis library has been developed in SimulationX. By the example of a 14 bar deep drawing press this paper reveals new opportunities that arise from the application of ASPA on the basis of the new library in SimulationX. Compared to prior papers on this particular press this paper, for the first time, presents a complete layer synthesis of this linkage regarding kinetic boundary conditions. In order to meet conditions, such as motion demands and joint forces, parameter sensitivities have been determined by applying the variants-wizard in SimulationX. Using parameterized mass properties on the basis of simplified solids has allowed the specification of link masses during the synthesis. The opportunity of simultaneously taking kinematic and kinetic characteristics during the layer synthesis into account defines the concept of ASPA.

Im Rahmen eines Kurzvortrages wurden die grundlegenden Zusammenhänge zwischen dem Prinzip von Modelica und SimulationX erläutert. Der Fokus liegt hierbei auf der Einführung in die Systemsimulation mit Funktionalität von Modelica. Die genutzte Software SimulationX wird in ihren Grundzügen vorgestellt und es sind Vorgehensempfehlungen zur Modellbildung innerhalb solcher Programmumgebungen enthalten. Durch die Modularität des Programms ergeben sich für den Anwender neue Möglichkeiten in der Simulation komplexer Mechanismen. Durch eine gezielte Verknüpfung von Analyse- und Synthesemodulen mit Optimierungsalgorithmen, kann so ein intelligentes Berechnungssystem geschaffen werden. Dies ermöglicht methodisch neue Auslegungsstrategien ebener Koppelgetriebe mit dynamischen Anforderungen.

Tato diplomová práce je zaměřena na implementaci procesu simulace zatěžovacího zatížení do stávajícího rozhraní používaného pro multi-body simulace hnacího vozidla. „Creeping“ bylo definováno jako řízení vozidla bez nárazu na plynový pedál v nízkých převodech. Bylo rozhodnuto simulovat tento stav zavedením sil Jízdních odporů – Aerodynamická odporová síla Fa, síla Valivého odporu Fr a horizontální část Gravitační síly Fgx. Tyto síly byly modelovány v softwaru SimulationX a byl definován model pro zatížení „Creeping“ – ten byl založen na změně stoupání kopce, což dalo výsledky potřebné pro analýzu chování při stavu „Creeping“. Poté byly vytvořeny soubory v softwaru Matlab potřebné pro běh a následné zpracování simulace, které analyzují výsledky v závislosti na čase nebo průměrném točivém momentu motoru. Potom byla správnost procesu kontrolována ve srovnání s experimentálními daty. Toto srovnání ukázalo, že proces pracuje bez velkých problémů; výsledky vykazovaly podobný trend, byly ale ovlivněny nedostatkem vstupních dat z experimentu.

Wo FEM- und CFD-Analysen präzise Aussagen über einzelne Bauteile und überschaubare Baugruppen liefern, untersucht die dynamische Systemsimulation zeitveränderliche Vorgänge ganzer Systeme. Diese Systeme können auch aus Komponenten unterschiedlicher physikalischer Domänen bestehen. Somit lassen sich zum Beispiel die Wechselwirkungen und resultierenden Effekte aus Regelstrecken gekoppelt mit mechanischen, hydraulischen und oder elektrischen Strukturen komfortabel in nur einem Modell auf einer Plattform betrachten.

Im Vortrag geht es um die Erstellung von Berechnungsmodellen zur Simulation ebener Koppelgetriebe in SimulationX. Der Fokus liegt hierbei auf der vollparametrischen Modellsteuerung während der Getriebesynthese in SimulationX. Neben Möglichkeiten zur Steuerung und Variation der Simulationsmodelle während der Berechnung wird die Entwicklung von Berechnungsmodulen zur Individualisierung des Berechnungsprozesses vorgestellt. Möglichkeiten zur Steuerung der Simulation und Co-Simulation bei anderen Programmen ist ebenfalls Thema weiterer Ansätze zur domänenübergreifenden Gesamtsimulation von Koppelgetrieben.

Wie hoch ist die Leistungsdichte, Energieeffizienz, Fahrdynamik oder der Fahrkomfort? Wie wirken unterschiedliche, physikalische Systeme zusammen und wie können die mechatronischen Zusammenhänge verständlich dargestellt werden? Solche und andere Fragestellungen tauchen im Entwicklungsprozess immer wieder auf und lassen sich nur schwer zufriedenstellend beantworten. Die Systemsimulation liefert da einen effizienten Ansatz, welcher es dem Entwicklungsingenieur ermöglicht bereits in der Konzeptphase virtuelle Prototypen zu erstellen. Mit diesen kann dann das physikalische Verhalten simuliert, analysiert und anschließend optimiert werden. Dadurch ergibt sich bereits in den frühen Phasen der Produktentwicklung die Möglichkeit, alle zukünftigen Entscheidungen auf einer validen Basis zu treffen. ESI ́s SimulationX liefert für diese Anwendungsfälle eine umfassende softwaretechnische Lösung. Besonders im Bereich der E- Mobility sowie ihrer Peripherie ermöglicht die Software mit seinen anwendungsspezifischen Modellbibliotheken eine ganzheitliche Betrachtung.