Simuleringsdrevet produktutvikling og tekniske beregninger

Når produkter skal brukes i krevende miljøer, bruker vi avanserte simuleringer og tekniske beregninger for å ta bedre designvalg i utviklingsløpet. Våre ingeniører er spesialister på beregninger ved bruk av CFD og FEM, og jobber tett med design- og utviklingsteam for å løse strukturelle, termiske og strømningsrelaterte problemstillinger. 

Video → Simuleringer kan anvendes gjennom hele utviklingsløpet til et produkt. Helt fra start kan de hjelpe med å velge riktig konsept, samt brukes til å understøtte ulike designvalg. Spesielt nyttig er det å kunne gjøre raske iterasjoner uten å måtte produsere prototyper og utføre fysiske tester. Til faststoffer benytter vi elementmetoden (FEM), og for flytende stoffer bruker vi strømningsberegninger (CFD).

Ikoner-Timer-Zero--Streamline-Sharp

Hvorfor bruker vi simuleringer i produktutviklingen?

Hos Inventas er simulering og beregninger tett integrert i produktutviklingsprosessen. Med simuleringsdrevet produktutvikling gjør vi hyppige iterative simuleringer underveis i utviklingsprosessen for å tilpasse endringer raskt. Det vil si at vi kan simulere, forbedre og simulere igjen.

Simuleringer kan brukes gjennom hele utviklingsløpet til et produkt. Fra å velge riktig konsept og understøtte designvalg i starten, til å simulere ulike detaljer i konstruksjonen, verifisere antakelser og bruke simuleringene som beslutningsstøtte mot produksjon.

Spesielt nyttig er det å kunne simulere raske iterasjoner uten å måtte produsere kostbare prototyper og utføre fysiske tester. Simuleringsdrevet utvikling er rett og slett en "fail fast"-metode, hvor du raskt kan identifisere og rette opp eventuelle svakheter i produktet.

Inventas utfører beregninger på to hovedområder:

Simuleringsdrevet-design-2-1

Strukturberegninger

FEM (Finite Element Method) er en måte å beregne spenninger i strukturen på alle materialer vi bruker i produkter, fra plast til titan. Dette gjelder også avanserte materialer som gummi, glass, polymererer, kompositter og laminat, samt kontaktberegninger og vibrasjoner.​ Slike simuleringer forteller oss hvor hardt et materiale kan strekkes eller presses før det endrer form eller brytes. Våre eksperter forstår den underliggende fysikken og ligningene bak. 

Simulering-CFD-Fishpen-1

Numeriske strømingsberegninger

CFD (Computational Fluid Dynamics) er en kombinasjon av ingeniørmatematikk og fluiddynamikk som muliggjør beregninger av komplekse tekniske problemer. Luft-, væske-, og varmetransport er ikke alltid intuitivt å resonere seg frem til, og derfor er kraftige simuleringsverktøy ofte uvurderlig i utviklingsfasen av produkter. Vår metode og arbeidsmetodikk tillater oss å simulere mange lasttilfeller og geometriforslag slik at vi raskt kan foreslå designforbedringer.​

Typiske problemstillinger vi løser med simulering

Simuleringsdrevet design

  • Tidligfase evaluering av konsepter (mulighetsstudie og kostandsestimat)

  • Håndberegninger og designkalkulatorer for hurtig evaluering av konsept

  • Iterative designberegninger

  • Topologioptimalisering som lar oss genererer lette men stive design

Kapasitetsberegninger

  • «Limit state» beregninger av stål- og aluminiumsstrukturer​

  • Bruddlast i støpejern, polymer og komposittmaterialer, samt bolteberegninger og undersøkelse av sveis

  • Funksjonsberegninger for å teste brukstilstand (deformasjoner) eller knekkning 

  • Godkjenning mot ulike standarder som DNV, Eurocode, Norsok og ASME

Sjokk- og vibrasjonsanalyser

  • Imøtekomme testkrav ("Digitalt ristebord")

  • Design av vibrasjonsutsatte komponenter

  • Velge riktig løsning for demping og isolasjon

  • Vurdere sjokkmotstandighet i kritiske komponenter

  • Sikre levetid under harde driftsmiljø

Termiske beregninger

  • Evaluere design på kjøleribber eller overvåking av komponenttemperatur

  • Identifisere og forbedre termiske flaskehalser eller unngå derating av elektronikk

  • Optimalisere ventilasjonsløsninger og intern layout

  • Valg og plassering av vifte/filter, eller strømning av vann og olje i kjøleblokker 

CFD-simulering av akvakultur

  • Interne strømningshastigheter i merden eller løsninger for vannsirkulasjon og thrustervalg/plassering

  • Valg av pumpe for hoved- og hjelpesystemer, eller interaksjon mellom bølger og merd

  • Innløps- og utløpsstrømmer. Evaluere ventiler og trykkfall, samt optimalisere fôrfordelingen i fiskemerden

Ikke-lineære simuleringer

  • Konstruksjoner som blir utsatt for store deformasjoner eller plastisk deformasjon hvor redundans eller ultimate limit state er viktig

  • Strukturen som er utsatt for transiente laster slik som krasj, slamming, drop-tester eller syklisk belastining

  • Kontakt mellom ulike deler danner en del av lastbildet

  • Temperatureffekter på material eller termisk ekspansjon spiller en rolle

Våre simuleringer

Inventas har utført en rekke simuleringer for kunder og har lang erfaring innen ulike bransjer og type beregninger:

Gjennomstrømning i fiskemerder. Inventas har lang erfaring med utvikling av produkter som skal operere i krevende miljøer. En av de bransjene vi har jobbet mest med er havnæringen, både fiskeoppdrett og subsea. Vi har inngått et samarbeid med OceanTech der Inventas bidrar med spisskompetanse innen simuleringer og styrkeberegninger. Sammen løser vi utfordringene i skvalpesonen, området på en havinstallasjon som er rett over og rett under vannlinjen, hvor bølger konstant treffer strukturen. 

sperre-simulering-21

Dynamiske beregninger i Sperre sin X-Range, en serie startluftkompressorer til skipsmotorer. Vi gjennomførte utmattingsberegninger og styrkeberegninger for å simulere designet for å minimere vibrasjon. Les mer om prosjektet her

defa simulering

Termiske beregninger på EL-billadere. Ved bruk av CFD-simuleringer kan vi modellere varmeoverføring i elektroniske produkt for å kartlegge konveksjon, varmeledning og varmestråling. Når vi forstår hvordan varme strømmer gjennom en enhet kan vi optimalisere kjøleløsninger og dermed unngå overoppheting.

Bjørøya Fleximerd - åpen merd som kan lukkes ved behov

Beregninger og CFD-simulering av en rekke merder og akvakultursystemer. Hastighet på strømninger av vann i merden og hvordan dette påvirker avfallstoffer og fiskevellferden. Det gir kunden grunnlag til å ta bedre informerte beslutninger, og bidrar dermed til en mer bærekraftig og lønnsom virksomhet.

NDM_07

Kapasitetsberegninger på A-ramme på krane for Palfinger Marine. Vi utførte beregninger for å verifisere konstruksjonen med tanke på utmatting og verst tenkelig belastning. Dermed kunne vi avdekke utsatte områder som bør forsterkes. Samt verifisere designet i forhold til kriteriene i designstandarden før det ble satt i produksjon. Les mer om prosjektet her

Vibrasjonsanalyser av det medisinske utstyret Cicada, en ultralydskalpell til kirurgi som utnytter høyfrekvente vibrasjoner for å skjære i biologisk vev. Gjennom simulering kunne vi finjustere designet og analysere hvordan ulike designendringer påvirket vibrasjonsmønstrene. Dermed kunne de sikre at skjærehodet fikk optimal stabilitet og funksjonalitet. 

autronica-upscaling-2-4-1

Strømningsanalyser og lyssimuleringer på Autronicas nyeste brannvarslere. Her startet vi med å undersøke hvordan røyk og varme beveger seg i ulike miljøer for å kunne oppdage brann så tidlig som mulig, uansett hvor den oppstår. Ved å anvende avanserte modeller for å simulere hvordan både synlig og infrarødt lys interagerer med røykpartikler, kunne vi utvikle mer følsomme deteksjonsmetoder. Les mer om prosjektet her

spilka-simulering

CFD-analyse av luftstrøm, trykk og fukttransport i fasadesystem med Spilka Fixade​ for å sørge for tilstrekkelig lufting bak fasadeplatene da stillestående luft vil fremme fukt- og råteproblemer. Det ble ​sammenlignet vindlaster opp mot standarder i byggebransjen, der strukturelle simuleringer lenge har vært en integrert del av designprosessen. Les mer om prosjektet her

Simulering fleximerd

Strukturberegninger på konstruksjoner som skal leve i kritiske miljøer, som for eksempel flytende merd eller basseng i havet/sjøforhold. Da har man gjerne et behov for å verifisere at konstruksjonen tåler å stå ute i de aller hardeste havtilstandene.

Når bør du bruke ekstern simuleringskompetanse?

Riktig simuleringskompetanse kan være avgjørende for suksessen til produktet ditt. Det er særlig relevant å koble på en ekstern partner når dere trenger spesialiserte analyser uten å bygge opp kapasitet internt, eller når dere ikke har kapasitet eller kompetanse internt til enkelte beregninger og simulering.

Hos Inventas jobber simuleringsingeniørene tett med de andre fagmiljøene internt, spesielt opp mot mekanikk, elektronikkutvikling, industriell design og robotikk. Målet vårt er å gi deg riktige analyser til riktig tid i utviklingsløpet. Simuleringer og beregninger kan gjennomføres gjennom hele utviklingsprosessen. Enten det er for å redusere kostnader, spare tid eller for å gi deg unik innsikt til enkelte oppgaver. Kontakt oss for å kartlegge ditt behov.

Oversikt over alle simuleringsområder:

Til faststoffer benytter vi elementmetoden (FEM), og for flytende stoffer bruker vi strømningsberegninger (CFD).

Simuleringsdrevet design

Simuleringer kan anvendes gjennom hele utviklingsløpet til et produkt. Helt fra start kan simuleringer hjelpe med å velge riktig konsept, samt brukes til å understøtte ulike designvalg. Spesielt nyttig er det å kunne gjøre raske iterasjoner uten å måtte produsere prototyper og utføre fysiske tester.

Vi utfører:

  • Tidligfase evaluering av konsepter (mulighetsstudie og kostandsestimat).

  • Håndberegninger og designkalkulatorer for hurtig evaluering av konsept.

  • Iterative designberegninger.

  • Topologioptimalisering som lar oss genererer lette men stive design.

Simuleringsdrevet-design-1-1

 

Kapasitetsberegninger

Et detaljert design har tilstrekkelig styrke i forhold til kriteriene i en designstandard. Vi utfører analyser for å verifisere designet før det settes i produksjon eller avdekke utsatte områder som bør forsterkes.

Typiske undersøkelser vi utfører er:

  • Limit state» beregninger av stål- og aluminiumsstrukturer​

  • Bruddlast i støpejern, polymer og komposittmaterialer

  • Funksjonsberegninger

  • Brukstilstand (deformasjoner)

  • Knekning

  • Bolteberegninger

  • Undersøkelse av sveis

Vi jobber ofte med godkjenning mot ulike standarder som DNV, Eurocode, Norsok og ASME.

Kapasitetsberegninger-1

 

Sjokk- og vibrasjonsanalyser

For mange produkter er sjokk- og vibrasjonslaster kritiske. Typiske testkrav kan gjenskapes presist med modal-dynamikk simuleringer. Disse simuleringene lar oss evaluere om designet er tilstrekkelig allerede i tidligfase. Dette er viktig fordi det ofte er svært vanskelig å løse utfordringer med vibrasjoner senere i utviklingsløpet. Vibrajonsberegninger og er også relevant i blant annet design av ultralyd-utstyr og vurdering av utmatting.

Vi kan hjelpe deg med blant annet:

  • Imøtekomme testkrav ("Digitalt ristebord")

  • Design av vibrasjonsutsatte komponenter

  • Velge riktig løsning for demping og isolasjon

  • Vurdere sjokkmotstandighet i kritiske komponenter

  • Sikre levetid under harde driftsmiljø

Sjokk-og-vibrasjonsanalyser-1-1

 

Avanserte Materialer

Utforming av lastbærende komponenter av utypisk material. Bruk av metaller, spesielt stål er velkjente i design av strukturer og er derfor godt understøttet av standarder, samtidig er relevant materialdata ofte tilgjengelig. Bruk av andre materialer kan by på utfordringer, spesielt i utformingen av komponenter som er lastbærende hvor mekaniske egenskaper er viktige.

I tillegg til metaller har vi erfaring med strukuter laget av material som:

  • Kompositter/laminater

  • Plastmaterialer

  • Gummi

  • Glass

Avanserte-Materialer-plyPlot

 

Ikke-lineære simuleringer

De aller fleste strukturer skal som regel deformeres og skades lite under bruk. I slike tilfeller er lineære analyser typisk tilstrekkelig og mest effektivt. Vi har i tillegg kompetanse på bruk av ikke-lineære simuleringer som er essensielle for å undersøke mer komplekse problemstillinger slik som:

  • Konstruksjoner som blir utsatt for store deformasjoner eller plastisk deformasjon hvor redundans eller ultimate limit state er viktig

  • Strukturen som er utsatt for transiente laster slik som krasj, slamming, drop-tester eller syklisk belastining

  • Kontakt mellom ulike deler danner en del av lastbildet

  • Temperatureffekter på material eller termisk ekspansjon spiller en rolle

Ikke-lineære simuleringer

Termiske beregninger

CFD simuleringer kan modellere varmeoverføring i et produkt på grunn av konveksjon, varmeledning, og varmestråling. Når vi forstår hvordan varme strømmer gjennom en enhet kan vi optimalisere kjøleløsninger og dermed unngå overoppheting. Termiske beregninger benyttes oftes på følgende måter:

  • Evaluere design på kjøleribber

  • Overvåking av komponenttemperatur

  • Identifisere og forbedre termiske flaskehalser

  • Valg og plassering av vifte/filter

  • Optimalisere ventilasjonsløsninger og intern layout

  • Unngå derating av elektronikk

  • Strømning av vann og olje i kjøleblokker

Simulering-Termiske-beregninger-DEFA-1

Akvakultur

CFD-simulering av akvakultursystemer gir akvakulturnæringen grunnlag til å ta bedre informerte beslutninger, og bidrar dermed til en mer bærekraftig og lønnsom virksomhet. Mer spesifikt kan CFD bistå til bedre forståelse av følgende:

  • Interne strømningshastigheter i merden

  • Løsninger for vannsirkulasjon og thrustervalg/plassering

  • Valg av pumpe for hoved- og hjelpesystemer

  • Interaksjon mellom bølger og merd 

  • Innløps- og utløpsstrømmer. Evaluere ventiler og trykkfall

  • Optimalisere fôrfordelingen i fiskemerden

Simulering-CFD-Fishpen-1

Rørstrømning

Design av rørsystemer kan undersøkes og optimaliseres ved bruk av CFD-simuleringer. Hos Inventas hjelper vi kundene våre å forstå følgende ved å simulere strømning gjennom intrikate rørnettverk:

  • Trykktap gjennom rørsystemet

  • Strømningsfordeling langs parallelle baner

  • Temperatur og kjøling av fluider gjennom varmevekslere og kjøleblokker

  • Tofasestrømning (for eksempel damp i damp/væskeform)

  • Valg av pumpe eller rørdiameter

  • Optimalisere design av rørsystemer for å avlaste eller downsize pumper

  • Identifiser områder med turbulens, kavitasjon eller "dead zones"

Simulering-PipeFlow1-1-1

 

Vannbehandlingsanlegg

CFD kan bidra til å optimalisere design og drift av behandlingsprosesser i vannbehandlingsindustrien. Inventas simulerer væskestrøm og partikkeltransport innenfor behandlingsanlegg, og leverer verdifull innsikt om:

  • Strømningshastighet i overflaten og andre kritiske områder av interesse

  • Optimalisere fjerning av forurensning

  • Forbedre behandlingseffektiviteten

  • Optimalisere doseringsstrategier

  • Minimer avfallsproduksjon

Simulering-Vannbehandlingsanlegg-2-1

Digitale tvillinger

En digital tvilling er mye mer enn en 3D-modell. Den er en virtuell representasjon eller simulering av sin fysiske motpart, som den kan kommunisere med. Digitale tvillinger kan brukes til å overvåke, analysere og forbedre produktets ytelse gjennom hele livssyklusen. 

Ved å integrere sanntidsdata samlet fra sensorer på det fysiske produktet, muliggjør digitale tvillinger en kontinuerlig tilbakemeldingsløkke mellom den virtuelle og den fysiske verdenen. Dette åpner opp for muligheter som forebyggende vedlikehold og ytelsesoptimalisering, som kan forutsi feil før de oppstår. 

Ønsker å sikre et effektivt og sikkert design?

Hos oss finner du landets beste miljø innenfor avanserte simuleringer og analyser. Vi leier ut konsulenter eller inkluderer simulering i produktutviklingen. Fyll ut skjema og ta kontakt med oss for å avtale detaljene.