Simulationstools

Wozu werden sie genutzt?

Für die Auslegung und Evaluierung von Komponenten und Bauteilen

Wann werden sie genutzt?

• Bei dem Auslegen von Produktneuentwicklungen und -verbesserungen
• Bei dem Konzept-, Entwurfs- und Ausarbeitungsprozess

Wie funktionieren sie?

Standardwerkzeuge, wie beispielsweise Computer Aided Manufacturing, helfen dabei, aus dem CAD-Modell effiziente Bearbeitungswege (z.B. bei Fräsvorgängen) abzuleiten und diese vorab zu prüfen. Auch Computational Fluid Dynamics (CFD) und Finite-Elemente-Methode (FEM) sind häufig verwendete Instrumente. Mit CFD-Analysen werden Strömungsvorgänge um einen Körper für unterschiedlichste Anwendungen simuliert, wie u.a. im Fahrzeug- und Flugzeugbau. So kann beispielsweise die Aerodynamik von Karosserien mit vergleichsweise geringen Kosten am Rechner simuliert werden. Zur Analyse von Kräften auf Bauteile und deren Auswirkungen werden heute standardmäßig Simulationen mithilfe der FEM durchgeführt. Virtuell können so Körper in Belastungssituationen betrachtet und bewertet werden. Darüber hinaus existieren spezielle Softwarelösungen, die einzelne Fertigungsverfahren fokussieren (z.B. Druckgusssimulation).

Alle Simulationen arbeiten grundsätzlich computergestützt und basieren auf entsprechender Software. Sie ermöglichen eine präzise und einfache Produktentwicklung. Somit kann das Verhalten von Prototypen sehr genau vorhergesagt und der Gesamtaufwand minimiert werden. Der Ablauf von Simulationen gliedert sich meist in drei Schritte: das Preprocessing, Solving und Postprocessing. Dafür sind möglichst genaue Eingangsdaten erforderlich. Typischerweise beziehen sich diese oftmals auf CAD-Modelle, Materialeigenschaften oder auch Strömungsgeschwindigkeiten. Durch eine möglichst präzise Abbildung des realen Systems werden Prozesse realitätsnah imitiert. Es können Versuche in verschiedensten Variationen mit geringem Aufwand, digital und wiederholgenau durchgeführt werden. Diese Ergebnisse werden anschließend interpretiert, um die richtigen Schlussfolgerungen daraus ziehen zu können. So lässt sich beispielsweise das Verhalten eines Produkts im Windkanal durch die CFD-Methode simulieren.

Dafür müssen im Preprocessing zunächst der Fluidraum und das Modell mit angemessener Netzgröße in Segmenten festgelegt werden. Weiterhin sind Randbedingungen und Lasten sowie Strömungsgeschwindigkeit und strömungsmechanische Randbedingungen zu definieren. Im Solving wird je nach Anwendungsfall eine bestimmte Methode zur Berechnung genutzt, wie beispielsweise die Finite-Volumen-Methode (FVM) oder FDM-Finite Differenzen-Methode (FDM). Durch das Postprocessing erfolgen eine Plausibilitätsprüfung und die Auswertung der Lösung. Hier werden die Ergebnisse letztendlich visualisiert und die strömungsmechanischen Eigenschaften der Modelle analysiert. Somit kann digital ein Produkt ohne realen Prototyp iterativ optimiert werden.* TWI Ltd (2022): Was ist Simulation (online). TWI Ltd, (abgerufen am: 09.05.2022).