Simulative optimization methods often build on an iterative scheme, where a simulation model is solved in each iteration. To reduce the time needed for an optimization, finding the right balance between simulation model quality, and simulation time is essential. This is especially true for transient problems, such as fluid flow within a hydromechanical system. Therefore, we present an approach to building steady-state surrogate models for oscillating flow in a pipe with a local heat source. The main aspect is to model the fluid as a solid with an orthotropic heat transfer coefficient. The values of this coefficient are fitted to reproduce the temperature distribution of the transient case by parametric optimization. It is shown that the presented approach is feasible for different sets of parameters and creates suitable surrogate models for oscillating flow within a pipe with a local heat source. In future works, the presented approach will be transferred from the simplified geometry under investigation to industrial problems.

Zusammenfassung: Tangential-schlagende Anziehprozesse erlauben eine schnelle und einhändige Montage von Schraubenverbindungen bei großen Drehmomenten. Ein zentrales Problem ist jedoch die große Streuung der Vorspannkraft, die auf den hohen Einfluss der Reibung zurückzuführen ist. Die Reibung ist dabei von verschiedenen Faktoren abhängig, sodass eine Betrachtung der Effekte auf mehreren Skalen notwendig ist. In diesem Beitrag wird daher eine skalenübergreifende Methode zur Simulation von tangential-schlagend angezogenen Schraubenverbindungen vorgestellt. Ein besonderer Fokus liegt auf der numerischen Bestimmung von Kontaktdrücken und Reibungszahlen, welche Eingangsgrößen für eine Mehrkörpersimulation darstellen. Die unter dem Schraubenkopf und am Gewinde herrschenden Kontaktdrücke werden in Abhängigkeit der aktuellen Vorspannkraft und des Radius mithilfe eines FE-Modells auf Makroebene bestimmt. Mithilfe von Weißlichtinterferometrie werden Oberflächentopografien gemessen und für die Anwendung in einer Reibsimulation digitalisiert. Aus einem FE-Modell auf der Mikroebene werden Reibungszahlkennfelder in Abhängigkeit des Anpressdrucks, der Gleitgeschwindigkeit und der Oberflächentopografie bestimmt. Ein höherer Kontaktdruck führt dabei zu einer geringeren Reibungszahl. Für die Gleitgeschwindigkeit kann der Zusammenhang nicht quantifiziert werden. Die abgeleiteten Kennfelder können durch die dargestellten Methoden effizient durch weitere Stützstellen erweitert werden und ermöglichen die Berücksichtigung von sich während des Anziehprozesses variierenden Kontaktdrücken sowie Reibungszahlen in der Mehrkörpersimulation.

A transverse flux machines is a special type of electrical machine that offers advantages in terms of torque and power density. Due to the complex simulation, design and manufacturing, transverse flux machines are rarely used despite their many possible applications. The three-dimensional magnetic flux guidance results in a complex geometry of the stator core. As the conventional design of axially stacked electrical steel sheets is not feasible for this type of motor, new manufacturing methods are being researched. In addition, few procedures for simulation and design have been available to date. This paper presents an approach that enables the optimization of an additively manufactured stator core with respect to both efficiency and thermal behavior. In order to efficiently simulate the various power losses of the motor, the results of a 3D-FEM simulation as well as empirical models were combined in several steps. As there is a strong interaction between the thermal and electromagnetic domain for this type of motor, both were simulated iteratively coupled. The shape of the stator core was optimized for low and high speeds, taking into account the respective heating, which led to an improvement in efficiency of more than 5 %pt. in both cases.