620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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Mechanismen-Engine
(2011)
Das Selektive Laserschmelzen setzt sich in neuen Anwendungsgebieten durch und gewinnt stetig an Bedeutung. Da für das Selektive Laserschmelzen von Kupfer bisher keine Studien existieren, bei denen Laserleistungen von weniger als 195 Watt genutzt wurden, wird in dieser Arbeit eine Machbarkeitsstudie an einer Anlage mit einem Laser von 100 Watt Leistung durchgeführt.
Ziel dieser Arbeit ist es herauszufinden, ob trotz der niedrigeren Laserleistung ähnliche Ergebnisse erzielt werden können, wie in vorangegangenen Studien. Hierbei wird durch experimentelle Versuche festgestellt, dass eine sehr geringe Reproduzierbarkeit der Bauteileigenschaften möglich ist. Es werden die Eigenschaften der Probekörper der vorangegangenen Studien für einzelne Probekörper erzielt, allerdings ist eine Reproduzierbarkeit dieser Ergebnisse selbst bei Benutzung gleicher Parameter nicht gegeben.
Bedingt durch die zunehmende Bedeutung des Selektiven Laserschmelzens wird innerhalb des Fachbereichs Maschinebau der FH Dortmund an der Weiterentwicklung und Lehre des Selektiven Metall-Laserschmelzens gearbeitet.
Zum Erreichen eines tieferen Prozessverständnisses sowie einer effizienteren Parametrisierung werden in der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Bauteileigenschaften untersucht. Dabei wurde im Rahmen experimenteller Versuche kein signifikanter Unterschied zwischen neuem und aufbereitetem Ausgangsmaterial (1.4404 Pulver) detektiert. Durch die Analyse der vorhandenen Parametersätze wurden die Haupteinflussfaktoren für die Bauteileigenschaften identifiziert. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang zwischen Energieeintrag und Schmelzspurbreite sowie die Korrelation zwischen Energieeintrag und Gefügedichte bestätigt.
This thesis presents a power simulation of a MIPS MicroAptiv UP Core implemented as
a virtual ASIC prototype using Taiwan Semiconductor Manufacturing Company(TSMC)
65 nm CMOS technology. Based on the MIPS instruction set program data is generated
and introduced in the simulation by means of initialization files. Before the simulation,
technology specific SRAM modules are integrated into theMIPS core. Two different programs
are used for power characterization. The first program performs frequent memory
accesses by means of load/store word instructions, while the second program is a loop
which operates on registers only and mainly increments addresses. The simulation is
based on a virtual prototype which is generated by synthesis and place & route including
post-layout parasitic extractions. The stimuli for the power extraction is generated
via gate-level simulation and forwarded to the power calculation engine. The effect of X-propagation
on gate-level simulations is avoided by modifying the address-related statements
in the execution data path module, which use another form of 2 to 1 multiplexer,
setting the output to zero for all input signals even with an initial value of ’x’ without
changing the functionality. Finally, the consumed power is provided by reports generated
by the power simulation engine. The memory-centric program consumes 35.39mW
of internal power using instructions, which is 0.73mW less than the internal power of the
register-centric program, and the overall average power is also lower by almost 0.7mW.
Die Optimierung von Radialverdichtern in Hinblick auf Ressourceneffizienz nimmt heutzutage einen immer größeren Stellenwert ein. Die kennlinien- und auch kennfeldbasierte Optimierung löst dabei die betriebspunktbasierte Optimierung von Radialverdichterlaufrädern immer mehr ab.
Moderne komplexe numerische Simulationstools zur Strömungsanalyse und Softwaretools aus dem Bereich der Optimierung auf Basis von Design-of-Experiments (DoE) werden in immer größerem Maße in den Prozess eingebunden. Die sich in den letzten Jahren weiterentwickelte Hardware erlaubt zusätzlich immer komplexere Rechenmodelle in immer kürzerer Zeit zu bearbeiten.
Die vorliegende Arbeit befasst sich genau mit diesem Thema. Ausgangspunkt des Optimierungsprozesses sind eine Vielzahl von zufällig generierten Maschinendesigns, die unter Einhaltung von strömungsabhängigen und maschinenabhängigen Kennzahlen automatisch erstellt wurden. Die im weiteren Prozessablauf gestalteten Simulationen der einzelnen Designs, die aufgrund der Bauweise und der Struktur ihrer Kennfelder grob unterschiedliche Konvergenzen und Abbruchkriterien (Pump- und Schluckgrenze) aufweisen, sind durch speziell implementierte physikbasierte Indikatoren ausfallsicher handhabbar.
Die detaillierten, aber unterschiedlichen Kennlinien des Wirkungsgrades und des Druckverhältnisses in Abhängigkeit vom Massenstrom der einzelnen Simulationen sind zur weiteren Verwendung in der Optimierungsphase mithilfe von neuronalen Netzen trainiert worden.
Der Aufbau des Metamodells zur eigentlichen Optimierung ist gekennzeichnet durch die Reduktion der vorhandenen Parameter unter Verwendung von Bézier-Splines, was in der vorliegenden Arbeit zu einer Reduzierung auf insgesamt lediglich 13 Parameter für beide betrachteten Kennlinien und ihre signifikanten Punkte führt.
In der nachfolgenden Optimierung kann das Metamodell zur Identifikation eines Designs mit anwenderspezifischen Zielen und Randbedingungen für Kennlinienbreite, Druckverhältnisbereich und Wirkungsgrad genutzt werden. Für dieses Optimal-Design kann anschließend ohne weitere Simulationen die Kennlinie mit Bézier-Splines approximiert werden.
Der Anwender ist somit in der Lage, bei der Optimierung von Radialverdichtern sowohl den Betriebspunkt als auch die Kennliniencharakteristika wie Pump- und Schluckgrenze sowie Druckverhältnisse jenseits des Betriebspunktes zu erfassen und so zusätzliche Designevaluationen und Iterationsschleifen zu vermeiden.