Das Unternehmen Salvi Harps hat für die Simulationslösungen MSC Nastran und Simxpert entschieden, um die Manufaktur von Harfen zu optimieren. Das Ziel war eine Verbesserung des Steifigkeits- und Festigkeitsverhaltens sowie die Entwicklung leichterer, stabilerer Harfen.
Beim Harfenbau gilt es einige ingenieurwissenschaftliche Herausforderungen zu meistern. Während der Korpus des Instruments ausschließlich aus Holz gefertigt wird, besteht der mechanische Teil aus Messing und Stahl. Holz ist ein bereits seit der Antike verwendetes Material, das sich jedoch aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften nur schwer simulieren lässt. Es handelt sich dabei in erster Linie um einen Stoff mit anisotropem Verhalten, dessen mechanische Eigenschaften sich von Charge zu Charge sehr stark unterscheiden können.
Vergleich mit experimentellen Daten
Salvi Harps beurteilt und kalibriert die Materialien und Bauteile der Konstruktion mithilfe eines Modells, das in einer Software zur numerischen Simulation durch den Vergleich mit experimentellen Daten errechnet wird. Da die innere Beanspruchung in der Hauptstruktur der Harfe sehr hoch ist, musste ein Verfahren zur Verstärkung der Integrität der Konstruktion gefunden werden. Die Ingenieure von Salvi Harps konnten sich bei der Modellierung und Charakterisierung der Materialien von den besonderen Fähigkeiten von MSC Nastran und Simxpert überzeugen, deren Ergebnisse exakt mit den experimentellen Testdaten übereinstimmten.
Durch den Einsatz von SimXpert, das über multidisziplinäre Arbeitsbereiche und eine integrierte Benutzerschnittstelle verfügt, konnte Salvi bei der Simulation das komplexe Verhalten der Harfe berücksichtigen und dadurch unnötige Interpretationsfehler vermeiden, die bei der Verwendung von Einzellösungen entstehen können. Mithilfe der CAE-Vorlagen in Simxpert gelang es den Ingenieuren, die Erzeugung der auf die einzelnen Saiten wirkenden Kräfte zu automatisieren, anstatt diese in mühevoller Arbeit per Hand auszuführen. Durch den Einsatz der Vorlagen erzielten die Ingenieure bei der Modellerstellung eine Zeitersparnis von 60 %.
Im Mittelpunkt: Klangfarbe
Die Simulation des kompletten Modells der großen Konzertharfe „Aurora“ lenkte die Aufmerksamkeit der Ingenieure auf einige kritische Punkte, über die man bislang nur mutmaßen konnte. Das eröffnete Salvi die Möglichkeit, die strukturelle Stabilität zu verbessern und Strukturveränderungen zu untersuchen, die zu einer Erhöhung der akustischen Leistungsfähigkeit des Instruments führen würden. „Simxpert und MSC Nastran trugen entscheidend zur Optimierung der Struktur einiger Teile der Harfe bei, die sich erheblich auf die Klangfarbe eines Instruments auswirken“, so Giorgio Peirano, Leiter der Abteilung Forschung & Entwicklung bei Salvi Harps.
MSC Software, Tel.: 089 431987-486, syllvett.tsialos@ mscsoftware.com
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