Simulazione multidisciplinare nelle macchine elettriche con Siemens

Siemens Digital Industries Software rilascia il software Simcenter E-Machine Design, dedicato ad assistere i produttori di veicoli elettrici (EV) e la loro supply chain nel gravoso compito di prevedere con precisione le prestazioni delle macchine elettriche, e in particolare dei motori elettrici a flusso assiale.

La soluzione, inclusa nel portfolio di software per l’industria Xcelerator di Siemens, riunisce in un unico strumento le funzionalità della simulazione elettromagnetica e di quella termica, contribuendo a ridurre la dipendenza dei progettisti dalla prototipazione di tipo fisico e consentendo al settore dei veicoli elettrici di accelerare i percorsi di innovazione.

“L’industria dei veicoli elettrici sta oggi affrontando molteplici sfide, provenienti da diverse direzioni: dai problemi della supply chain, alla capacità di scalare la propria capacità produttiva, fino alla continua corsa all’innovazione indotta dalle richieste di clienti sempre più esigenti – sostiene Jean-Claude Ercolanelli, senior vice president della divisione simulation and test solutions di Siemens Digital Industries Software -. Adottando capacità di simulazione all’avanguardia per sviluppare nuovi prodotti e nuove tecnologie, all’interno di tempistiche compresse quanto mai prima d’ora, il settore dei veicoli elettrici può concentrare i propri sforzi sullo sviluppo dell’innovazione necessaria per rimanere sulla cresta dell’onda all’interno di un mercato in rapida evoluzione”.

I motori elettrici a flusso assiale possono avere un impatto positivo sull’autonomia dei veicoli elettrici, grazie alla loro maggiore densità di potenza. Tuttavia, la loro adozione impone agli ingegneri la necessità di affrontare dei requisiti più impegnativi per quanto riguarda la dissipazione del calore (dovuti sia alla compattezza di questi motori sia alla loro complessità), come anche delle difficoltà nel ricavare lo spazio necessario per il traferro. La complessa natura di questa tipologia di motori sta mettendo a dura prova i reparti di progettazione e molti di essi, al fine di ridurre costi e tempi dello sviluppo, si stanno rivolgendo verso le più avanzate funzionalità di simulazione.

La nuova soluzione Simcenter E-Machine Design, inclusa quale ulteriore componente all’interno del più recente aggiornamento del software Simcenter di Siemens, consente agli ingegneri di far uso di template parametrici e di funzionalità di modellazione analitica nelle fasi iniziali dello sviluppo, per poi proseguire il lavoro sul proprio progetto in modalità 3D, con simulazioni complete di analisi agli elementi finiti, o FEA (Finite Element Analysis), nel momento in cui si rivelino necessarie delle indagini più complesse, come nel caso delle interazioni termiche di tipo avanzato.

Simcenter include inoltre altri recenti aggiornamenti degli strumenti di simulazione meccanica, tra cui anche un processo semplificato per lo sviluppo dei powertrain dei veicoli elettrici, che copre aspetti che vanno dalla progettazione del motore alle cosiddette caratteristiche NVH (Noise, Vibration and Harshness), cioè quelle relative al rumore, alle vibrazioni e alla percepita ‘ruvidità’ complessiva dell’andatura del veicolo. I carichi elettromagnetici elaborati dal nuovo software Simcenter E-Machine Design possono successivamente essere facilmente trasferiti al software Simcenter 3D, per ulteriori analisi delle prestazioni acustiche e del movimento meccanico.

Vi è poi la nuova funzionalità di smart virtual sensing, ovvero rilevamento virtuale intelligente, che consente agli ingegneri impegnati nel testing di simulare ciò che non è possibile misurare. Il nuovo strumento integra infatti tra loro la simulazione e i test di tipo fisico, per consentire ai team che effettuano i test fisici di posizionare dei sensori virtuali in quelle speciali posizioni critiche, in cui i sensori fisici proprio non possono essere posizionati, a causa della loro oggettiva irraggiungibilità oppure della particolare complessità della geometria. Ciò consente di misurare anche ciò che non è fisicamente misurabile, utilizzando un modello di ordine ridotto dotato di sensori virtuali, i quali vengono eseguiti in tempo reale, parallelamente a un test di tipo fisico. Il software combina poi i dati forniti dagli estensimetri fisici con quelli derivanti dall’esecuzione del modello di ordine ridotto, in modo da elaborare le condizioni di carico operativo, consentendo agli ingegneri di calcolare i valori presenti sul sensore virtuale ‘irraggiungibile’ poiché situato in posizione critica.

Infine, ora completamente integrata all’interno di Simcenter 3D, vi è anche l’esplorazione dello spazio progettuale, che consente di automatizzare la modifica dei parametri di progettazione, l’aggiornamento del modello di simulazione, la revisione dei risultati e l’iterazione delle attività, allo scopo di esplorare diversi possibili compromessi nella progettazione, o di farla convergere verso un risultato ottimale. L’integrazione associativa tra geometria CAD, modellazione della simulazione e automazione consente la creazione ed esecuzione di decine (oppure anche centinaia o più) di simulazioni senza richiedere l’intervento dell’utente, aiutando in tal modo progettisti ed ingegneri ad esplorare un maggior numero di alternative progettuali per i loro prodotti.

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