Simulationstools helfen, theoretische Szenarien frühzeitig zu beantworten

Die besten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn Risiken eingegangen, Fehler gemacht und viele unterschiedliche Entwicklungspfade erkundet werden. Innovation entsteht, wenn Konstrukteure und Ingenieure mit vielen unterschiedlichen Konstruktionsoptionen experimentieren dürfen – ein echter Luxus und wesentlicher Zeitfaktor.

Nur wenn alle Richtungen erkundet werden, tritt ein klarer Weg zu Innovation zutage. Und trotzdem stehen Produktionspläne, Budgets und Liefertermine oft der Erkundung zahlreicher Optionen im Wege. Schließlich ist und bleibt die Time-to-Market im brutalen Wettbewerb der zunehmenden Globalisierung von oberster Bedeutung. Mit Analyse- und Simulationstools verfügen Konstrukteure über die Kraft der Innovation, ohne dass dies zu Lasten der so wichtigen Time-to-Market geht.

Sie ermöglichen es den Konstrukteuren, die Qualität und Leistung ihrer Entwürfe durch digitale Tests sicherzustellen, die schon früh im Konstruktionsprozess wertvolle technische Einblicke liefern. Aufgrund des Wettbewerbsdrucks hat sich die technische Simulation in allen Branchen immer mehr als strategisches Werkzeug zur Förderung der Innovation und Senkung der Entwicklungskosten durchgesetzt. Bei effektiver und genauer Nutzung kann Simulationssoftware den Ingenieuren helfen, das Produktverhalten vorherzusagen, Einblicke zu gewinnen, das Ausfallrisiko zu reduzieren, die Produktionskosten zu senken, den Rohstoffverbrauch zu minimieren und Überkonstruktion einzudämmen.

Durch diesen Prozess entstehen nicht nur bessere Produkte von höherer Qualität, sondern auch die Garantiekosten infolge von Produktausfällen können dadurch reduziert werden. Es gibt verschiedene Arten von Simulationstools. Konstruktionsingenieure verwenden vorzugsweise Software für Finite-Elemente-Analyse (FEA), Strömungssimulation oder Computational Fluid Dynamics (CFD) sowie Multiphysik.

FEA-Software verdeutlicht die Wirkung von Kräften und Belastungen zwischen Teilen. Hierzu werden Traglasten, Drücke und Drehmomente auf die Modellgeometrie angewendet. CFD-Software ermöglicht die Untersuchung der Wärmeübertragung mittels Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung und veranschaulicht dadurch die Folgen von Temperaturänderungen auf Teile und Baugruppen.

Die multiphysikalische Simulation, ein Ableger der traditionellen FEA, ermöglicht die Erzeugung virtueller Prototypen von Entwürfen, die unter realistischen multiphysikalischen Bedingungen oder mehreren Arten von physikalischen Kräften betrieben werden. Multiphysikalische Simulationstools simulieren in einer einzigen Umgebung die Interaktion zwischen Strukturmechanik, Wärmeübertragung, Flüssigkeitsströmung und Elektromagnetismus. Sie sind damit ideal für die Mechatronikkonstruktion.

Nicht nur für Experten. Simulationstools wurden früher nur von Wissenschaftlern eingesetzt, weshalb es kaum möglich war, die Analyseergebnisse wieder in die Konstruktionsschleife einfließen zu lassen. Die Zusammenarbeit zwischen Analytikern und Ingenieuren ist aufgrund der Unterschiede bei Wissensgebieten, Spezialverfahren und Terminologie oft recht kompliziert. Analytiker denken in Materialeigenschaften, Lastfällen, Spannungen und Dehnungen. Ingenieure sind zwar bestens ausgebildet, aber nicht mit den Feinheiten der nichtlinearen Mechanik wie Bruch-, Kriech-, Dehn- und Phasenumwandlungen vertraut, die alle für die FEA von Bedeutung sind.

CAD-Integration. Die Softwarehersteller haben hart an der Entwicklung von Simulationstools speziell für Konstruktionsingenieure gearbeitet, indem sie ihre Tools eng mit CAD-Software integriert, die Benutzeroberfläche verbessert und für Ingenieure verständliche Begriffe verwendet haben. Ingenieure können ihre CAD-Modelle direkt aus der CAD-Software importieren, um ihre Festigkeit zu testen, Bewegung zu veranschaulichen und die Fluiddynamik sowie den Wärmefluss um und durch die Produkte zu analysieren.

Das Unerwartete voraussehen. Mit Simulationstools können Ingenieure die Leistung ihrer Produkte optimieren und ihre Entwürfe so anpassen, dass sie gegen Schwankungen bei einzelnen Parametern wie Materialeigenschaften, Bemaßungen und Umweltbedingungen, ja sogar gegen unsachgemäße Verwendung, immun sind. Durch die digitale Produktoptimierung und die Berücksichtigung aller möglichen Probleme oder zufälligen Nutzungsabweichungen können Ingenieure eine optimale Produktleistung sicherstellen.

Bessere Vernetzung. Die Vernetzung – die Aufgliederung eines Computermodells in kleine, für die Computersimulation geeignete Teile – ist Grundvoraussetzung für genaue Ergebnisse. Je dichter das Netz, umso genauer die Lösung. Die Analyse umfangreicher Modelle ist allerdings äußerst rechenintensiv, weshalb es sich eingebürgert hat, die Geometrie zu vereinfachen und Konstruktionselemente usw. zu entfernen. Simulationstools bieten nun eine zumindest teilweise automatische Vernetzung, was die Vorbereitung von Geometriedaten für die Analyse enorm erleichtert.

Umstellung auf direkte Modellierung. Modelle, die mit traditionellen parametrischen, verlaufsbasierten CAD-Tools erstellt wurden, sind mit Simulationstools nur schwer verwendbar. Direkte Modellierungstools erleichtern die Einbindung der Simulation in den Konstruktionsprozess, da die Anwender die Geometrie direkt und ohne Rücksicht auf ihren Verlauf editieren können. Mit direkten Modellierungstools ist es viel einfacher, Formelemente aus Modellen zu entfernen, um diese für die Simulation vorzubereiten.

Ergebnisse in Echtzeit. Es ist noch nicht allzu lange her, dass Analytiker ihre Simulationen aufsetzten, für die Nacht nach Hause gingen und erst am nächsten Tag wiederkamen, um die Ergebnisse auszuwerten. Dank leistungsfähigerer und zugleich kostengünstigerer Workstations und ausgereifter Simulationscodes gehören diese Zeiten der Vergangenheit an. Moderne Produkte führen Simulationen in Echtzeit durch, sodass die Ingenieure im Handumdrehen Antworten auf theoretische Szenarien erhalten.

Dieser Eintrag wurde veröffentlicht in Die Konstruktion neu erfunden und getagged , , , , , . Bookmarken: Permanent-Link. Trackbacks sind geschlossen, aber sie können Kommentieren.

Einen Kommentar schreiben

Ihre E-Mail wird niemals veröffentlicht oder verteilt. Benötigte Felder sind mit * markiert

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s

Du kannst diese HTML Tags und Attribute verwenden: <a href="" title="" rel=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <pre> <q cite=""> <s> <strike> <strong>