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Deutsches Architekturbüro SL Rasch nutzt ESIs Virtual Performance Solution

Herausragende architektonische Lösungen in Medina und Mekka

Offizielle ESI-Pressemitteilung vom 16.10.2014:

ESI Group, wegbereitender und weltweit führender Anbieter von Lösungen im Bereich der virtuellen Prototypenerstellung für die Fertigungsindustrie, informiert über die jüngsten Erfolge des ESI-Kunden SL Rasch. Das deutsche Architekturbüro – spezialisiert auf innovative Gebäude und Leichtbaustrukturen – stellte kürzlich zwei komplexe architektonische Projekte in den heiligen Stätten Medina und Mekka fertig. Das erste Projekt umfasste die Entwicklung von faltbaren Schirmen, die nun Pilger am Medina Haram Piazza vor der Sonne schützen. Beim zweiten Projekt ging es um die Konstruktion der Uhr für den Mecca Royal Hotel Clock Tower, den höchsten Uhrturm der Welt. SL Rasch konnte durch Nutzung von ESIs Virtual Performance Solution innovative Designs erforschen und physische Modelle durch virtuelle Tests ersetzen.

Heutzutage werden Millionen Pilger, die jedes Jahr zur Großen Moschee von Medina in Saudi Arabien reisen, von über 250 hydraulisch angetriebenen, faltbaren Schirmen geschützt, wobei jeder dieser Schirme 26x26 Meter misst. Die lichtdurchlässigen Schirme werden bei Nacht zusammengefaltet und öffnen sich bei Tag, um unter ihnen ein Mikroklima zu erzeugen, dass bis zu 8 Grad kühler ist als die Umgebung. Pilger, die das zentrale Heiligtum in Mekka besuchen, können die Uhr des Mecca Royal Hotel Clock Towers bewundern. Der Tower war mit 601 Metern nach seiner Fertigstellung 2012 das zweithöchste Gebäude der Welt.

Um die Schirmkonstruktion für Medina zu testen, verwendete SL Rasch zuerst verkleinerte physikalische Maßstabsmodelle, stellte aber schnell fest, dass dieser Ansatz zu große Einschränkungen mit sich brachte. Dr. Mahmoud Bodo Rasch, CEO von SL Rasch, nahm daher Kontakt mit Dr. Eberhard Haug, Mitbegründer von ESI Group und Autor des Lightweight Structure Analysis Codes „LISA“ auf, um beim Einsatz von Simulationsmethoden in der Entwicklung ausgefeilterer Designs für diese komplexen Konstruktionen zusammenzuarbeiten.

SL Rasch hat anschließend verschiedene Konstruktionen mit ESIs Virtual Performance Solution, die eine Prüfung aller Produkteigenschaften auf Basis eines gemeinsamen Single Core-Modell ermöglicht, virtuell gebaut und getestet. Dies erforderte aufgrund der komplexen Geometrie und der gewünschten architektonischen Wirkung der zweifach gewölbten Schirmkonstruktion höchste Sorgfalt.
Ein Optimierungsprozess zur Formfindung half dabei, eine Form zu ermitteln, die eine optimale, minimierte Energie zur Folge hätte – notwendig, um die lange Lebensdauer der Bespannung unter extremen Wetterbedingungen zu garantieren.

Für die Strukturanalyse von turbulenten Windlasten bei solchen Leichtbaukonstruktionen nutzte das Team Simulationen zur Fluid-Struktur-Kopplung (FSI), wobei die numerische Strömungssimulation (CFD) mit der Strukturdynamik (CSD) gekoppelt wird. Beide sind als Bestandteil der Virtual Performance Solution verfügbar. SL Rasch und ESI haben gemeinsam spezielle maßgeschneiderte Module entwickelt, um natürliche turbulente Windbelastungen zu modellieren und die Form und Struktur der Schirme zu optimieren. Diese wurden dann für Computersimulationen genutzt, in denen das sichere Falten und Verstauen der gigantischen Schirme unter Berücksichtigung von Schwerkraft, Überlappungen und Windlasten untersucht wurde. ESIs herausragende Expertise bei der Simulation der Airbagfaltung für die Automobilindustrie erwies sich für diese Untersuchungen als ausgesprochen hilfreich.

„Durch das Fachwissen der ESI Experten und die in ESIs fortschrittlichen CAE-Softwarelösungen enthaltenen Möglichkeiten wurde die Entwicklung unserer innovativen Strukturen möglich“ kommentiert Dr. Rasch, Gründer und Inhaber von SL Rasch GmbH.


Die auf dem Medina Haram Piazza vor der Moschee platzierten Schirme. ©SL Rasch

Virtual Performance Solution half SL Rasch auch dabei, die signifikanten Konstruktionsherausforderungen bei der Entwicklung der Mecca Royal Hotel Clock zu meistern. Diese wurde als hochfestes Stahlskelett errichtet, verkleidet mit verzierten Leichtbau Karbon-Epoxid Sandwichpanelen. Die riesigen als Hohlträger in Verbundwerkstoffbauweise gefertigten Uhrzeiger – 23 Meter lang im Falle des Minutenzeigers – erwiesen sich als besondere Herausforderung. SL Rasch musste sicherstellen, dass die Uhrzeiger auch bei hoher Windgeschwindigkeit und hohem Winddruck aerodyamisch stabil blieben. Insbesondere galt dies für die kritische 12 Uhr-Position, bei der die Gefahr eines periodischen aeroelastischen Flatterns am höchsten ist. Das Team führte Windtunneltests und CFD-Berechnungen durch, bevor die Konstruktionen durch FSI-Simulationen validiert werden konnte.


(v.l.n.r.): (1) Mekka-Uhr: 2D Oberflächennetz der Uhrzeiger, (2) Strömungsgeschwindigkeiten im Umfeld der Uhrzeiger, (3) Geschwindigkeiten an den Zeigern, untersucht mit der Fluid-Struktur-Kopplung. ©SL Rasch

Durch die Nutzung der Simulation war es SL Rasch möglich, zahlreiche Konstruktions-varianten virtuell zu testen und optimale Ergebnisse zu erzielen, während gleichzeitig alle relevanten Sicherheitsanforderungen berücksichtigt wurden. Durch die Möglichkeit, auf den Bau und Test physikalischer Prototypen für diese komplexen Projekte zu verzichten, konnte SL Rasch Zeit und erhebliche Kosten einsparen sowie die Umweltbelastung reduzieren.

Für weitere Bilder dieses unglaublichen Projekts besuchen Sie die Webseiten, die sich den faltenbaren Schirmen und dem Mecca Clock Tower widmen auf der SL Rasch Webseite.

Über SL Rasch:
SL Rasch hat sich als Architekturbüro, auf die Planung und Herstellung von Sonderkonstruktionen und Leichtbauten spezialisiert. Ein interdisziplinäres Team von Fachleuten, bestehend aus Architekten, Bau-, Mechanik- und Luftfahrtingenieuren, Physikern und Computerspezialisten gemeinsam mit betriebseigenen Abteilungen für Projektmanagement, Grafik-Design und Modellbau verfügt über hochmoderne Techniken und umfassendes Wissens in der Entwicklung von Konstruktionen und Problemlösungen. Für weitere Informationen besuchen Sie www.sl-rasch.com.

Über ESI Group:
ESI ist ein Vorreiter und weltweit führender Anbieter von Virtual Prototyping-Lösungen für die Fertigungsindustrie unter Berücksichtigung der Materialphysik. ESI hat ein umfangreiches Paket zusammenhängender und aufeinander abgestimmter industrieorientierter Anwendungen entwickelt, mit denen sich das Produktverhalten in Tests realistisch simulieren lässt, Fertigungsprozesse sich in Übereinstimmung mit den gewünschten Produkteigenschaften optimieren lassen, und der Umgebungseinfluss auf das Produktverhalten ermittelt werden kann. ESIs Software-Lösungen fügen sich in eine einzige kollaborative und offene End-to-End Virtual Prototyping-Umgebung ein. Sie integrieren modernste Technologien – einschließlich immersiver Virtual Reality, durch die Produkte in 3D zum Leben erweckt werden können – und unterstützen Kunden während der gesamten Produktentwicklung bei der Entscheidungsfindung. Weltweit ist das Unternehmen in mehr als 40 Ländern vertreten und beschäftigt über 1000 hochkarätige Spezialisten. ESI Group wird in Compartment C der NYSE Euronext Paris notiert. ESI GmbH ist Teil der ESI Group.

Ansprechpartner in Deutschland:
Engineering System International GmbH
Alexandra Lawrenz
Tel.: 06102 / 2067-183
Alexandra.Lawrenz@esi-group.com
 

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