Simulation erlaubt inzwischen die Nachbildung von fast jeder Situation, kann die Eigenschaften eines Produktes hinsichtlich verschiedenster Parameter hinterfragen. Ansys will dabei mit immer besseren Multiphysiklösungen auch die Wechselwirkung zwischen Merkmalen wie Temperatur und Verformung oder elektromagnetischen Eigenschaften virtuell sichtbar machen.
Der Autor: Tobias Meyer, freier Technik- und Wissenschafts- journalist, Zirndorf
„Je mehr man ausprobieren kann, desto mehr Innovation gibt es, das wusste schon Edison“, sagt Georg Scheuerer, Geschäftsführer von Ansys Germany. Simulationssoftware ist hierbei ein immer wichtigeres Werkzeug, denn so muss man mit dem Probieren nicht auf den Prototypen warten – und diesen dann eventuell sogar nach jedem Versuch wieder umbauen. Die Simulation erlaubt ein schnelleres Herumspielen. Es wird nicht nur strikt geprüft, ob auch alles klappt, sondern auch, wie es mit anderen Materialien aussehen würde oder bei anderen äußeren Gegebenheiten.
Voraussetzung für ein möglichst gutes Simulationsergebnis ist dabei immer, dass die Realität möglichst umfassend abgebildet werden kann. Ansys hat dafür nun die Plattform AIM vorgestellt, von der Produkte aus jedem erdenklichen Blickwinkel der Physik beobachtet werden können: Ganz gleich, ob eine Entwicklungsaufgabe strukturmechanische, strömungsmechanische, thermische oder elektromagnetische Einflüsse berücksichtigen soll – oder alles zusammen. Denn die unterschiedlichen Attribute beeinflussen sich gegenseitig: Bauteile werden warm und ändern somit etwa ihre elektrischen Eigenschaften, verformen sich aber auch mechanisch. Die bewährte Workbench-Strategie soll alle diese Aspekte in einer einzigen, intuitiv bedienbaren Benutzeroberfläche erfassen und nutzbar machen. Bisher fügte die Ansys-Workbench nur die Ergebnisse unterschiedlicher Software – etwa Mechanik- und Strömungssimulation – zusammen. Jede der einzelnen Simulationen war aber anders zu bedienen, da sie über Jahre einzeln entwickelt oder zugekauft wurden. In Ansys AIM kommt nun alles aus einem Guss, es ist kein Wechsel zwischen verschiedener Software mehr nötig.
Simulation spart Zeit
„Wir hatten quasi hundert Jahre Zeit, die Materialien des Verbrennungsmotors bis zum heutigen Optimum zu treiben. Jetzt steht sein elektrischer Nachfolger vor der Türe. Der Markt erlaubt es heute aber nicht einmal mehr, dass wir zehn Jahre lang schlechte E-Motoren verbauen, biss dann endlich die Entwicklung stimmt“, so Wolfgang Bauer, Team Leader Customer & Sales Support bei Ansys. Die Simulation soll deswegen künftig helfen, Produktentwicklungszyklen zu verkürzen: Ein extremes Beispiel ist hier die Formel 1. Dort wird Freitag und Samstag auf der Rennstrecke trainiert, Daten werden gesammelt. Diese füttern eine Simulation, wodurch die Rennkonfiguration des Wagens für den Sonntag nochmals optimiert werden kann – quasi eine Produktänderung über Nacht. Auch während des Rennens wird weiter gesammelt und simuliert.
Für solche Aufgaben muss allerdings die Infrastruktur für Simulationssysteme wie das neue Ansys AIM in zwei Richtungen ausgelegt sein: Einerseits so mobil, dass sie auch vom Tablet aus funktioniert, anderseits aber so leistungsstark, dass auch komplexe Multiphysiksimulationen möglich sind. Gelöst wird das über eine flexible Clustereinheit, auf der die Simulation läuft und die bei Bedarf mehr Leistung zuschalten kann. Auf dieses Rechenzentrum wiederum kann auch mit mobilen Geräten von außen zugegriffen werden.
„Turbulenzen erzeugen Druckschwankungen, diese wiederum erzeugen Lärm“, erläutert Scheuerer ein weiteres Beispiel zum Thema Multiphysik. Bei einem Flugzeug im Landeanflug verursache das ausgefahrene Fahrwerk oft mehr Geräusche als die Triebwerke. Ähnlich sei das am Auto, auch hier ist die Aufgabenstellung multiphysikalisch: Die Turbulenzen des Fahrtwindes erzeugen Druck auf den Scheiben und Blechteilen, diese fangen an zu schwingen und verursachen so ein Dröhnen im Fahrzeuginnenraum. Die verursachenden Turbulenzen virtuell nachzubilden – um sie schlussendlich zu eliminieren – gehört zum aufwändigsten der Simulationswelt. „Die Gleichungen sind simpel, dennoch müsste man sie so oft ausführen, dass dies jede Rechnerkapazität sprengen würde“, erklärt Scheuerer. Denn in den Hauptwirbeln stecken viele kleinere Wirbel, die sich alle gegenseitig beeinflussen. Daher betrachtet man häufig nur Geschwindigkeit und Länge einer Turbulenz, was als statistisches Modell bezeichnet wird. Völlig ausreichend für Turbolader oder Wasserkraftwerke. Für die Akustik ist das aber ungeeignet, denn hier werden die kleinen Wirbel nicht mehr beachtet. Es entstünde nur eine Frequenz, ein Pfeifen statt dem realen vielfrequenten Dröhnen. Um dieses Problem zu lösen, setzt Ansys eine Kombination ein: Am Rand werden die Wirbel immer kleiner, dort setzt man auf statistische Modelle. Wo die Auflösung nicht so hoch sein muss, aber große, einflussreiche Wirbel eine Rolle spielen, simuliert man diese realitätsnah mit höherem Aufwand. Durch dieses Hybridmodell kann etwa der Fluglärm eines Hubschraubers schon relativ gut simuliert werden.
Das Ziel von Ansys ist, mit der Kopplung der Physiken schlussendlich ein komplettes Produkt zu simulieren. Statt nur die Karosserie in die Strömungssimulation zu stellen, soll künftig das ganze Auto auf alle erdenklichen Fragestellungen hin simuliert werden können. Das wird dann noch nicht komplett in 3D möglich sein, eher werden von einzelnen schon vorab simulierten Modellen wie Motor oder Lichtmaschine nur die wichtigen Aspekte in mathematische Gleichungen umgesetzt, welche später mit wenig Rechenaufwand in das Simulationsmodell des kompletten Wagens eingespeist werden. Zeitplan: Bis zum Jahr 2020 soll das möglich sein, für einfachere Produkte funktioniert das aber schon heute. I
Info & Kontakt
Ansys Germany GmbH
Darmstadt
Tel.: 06151 36440
Details zu Ansys AIM:
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