Beuth Hochschule für Technik Berlin

Zentrum Simulation komplexer Systeme
 
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Simulationsmethoden

Klassische ingenieurtechnische Auslegungsansätze beruhen häufig auf gut handhabbaren Korrelationen, viel Erfahrung und umfangreicher experimenteller Erprobung, ggf. in unterschiedlichen Maßstäben, der entwickelten Anlage oder Maschine. Mit zunehmender Komplexität der Auslegungsaufgaben, verkürzten Zeiten für die Umsetzung und erhöhten Anforderungen an die Genauigkeit ist dieser Weg nur noch mit großem Aufwand zu beschreiten und wird häufig, zumindest teilweise, durch detaillierte Simulationen ersetzt.

Wichtige Simulationswerkzeuge beruhen einerseits auf einer mechanischen Analyse der festen Strukturen, andererseits auf einer Betrachtung der Strömungs- und Druckverhältnisse einschließlich des auftretenden Wärme- und Stofftransports. Die Beschreibung der Zusammenhänge erfolgt mathematisch in der Form partieller Differentialgleichungen, die durch numerische Methoden gelöst werden. Die Auswahl geeigneter Modellansätze und passender numerischer Verfahren beeiflusst sowohl die Genauigkeit der Lösung als auch die erforderliche Rechenzeit deutlich. Daher sind zur zuverlässigen Handhabung diser Werkzeuge Erfahrungen sowohl mit den verfügbaren mathematischen Beschreibungsansätzen als auch mit der Funktionsweise der numerischen Lösungsalgorithmen erforderlich.

Strukturmechanische Simulationen werden häufig nach der verwendeten numerischen Methode als FEM (Finite Elemente Methode) bezeichnet. Für Strömungssimulationen steht die Abkürzung des englischen Äquivalents CFD (Computational Fluid Dynamics).

In vielen Fällen kommt es zu einer gegenseitigen Beeinflussung von festen Strukturen und Strömungen.Wird diese Wechselwirkung in der Simulation berücksichtigt (Fluid-Struktur-Interaktion - FSI) können häufig energiesparende und wenig verschleißanfällige Lösungen gefunden werden, allerdings ist der erforderliche Rechenaufwand auch deutlich höher als bei getrennten Simulationen.

In vielen Fällen werden heutzutage nicht nur brauchbare, sondern in verschiedener Hinsicht (Energieeffizienz, Produktqualität) möglichst optimale Lösungen gesucht. Die oben beschriebenen Methoden erlauben die Vorhersage, wie sich eine entworfene Maschine oder Anlage verhalten wird, aber keine Optimierung dieses Entwurfs. Zur Optimierung können sie mit klassischen oder stochastischen Strategien kombiniert werden.

Stand: 24.03.09Seite ausdrucken Zum Seitenanfang