Die Bedeutung numerischer Simulationen im Bereich komplexer ingenieurtechnischer Anwendungen hat in den vergangenen Jahren stetig zugenommen. Dabei haben insbesondere die rasante Weiterentwicklung der numerischen Modelle, die wachsende Leistungsfähigkeit der verfügbaren Rechenressourcen und die steigende Anwendungskompetenz im ingenieurtechnischen Bereich dazu geführt, dass immer komplexere Anwendungen adressiert werden können. Dadurch sind mittlerweile technische Lösungen möglich, die ohne begleitende numerische Simulation nicht realisierbar oder zumindest unwirtschaftlich gewesen wären. Dies wurde auf dem letzten Norddeutschen Simulationsforum (NSF) am 15. Oktober 2015 erneut deutlich: Fünf Vorträge aus unterschiedlichsten Anwendungsbereichen gaben spannende Einblicke in den aktuellen Stand der Simulationstechnik. Das NSF bietet seit 2009 eine Plattform für den angeregten Wissensaustausch zwischen Anwendern, Experten, Entwicklern und Interessierten der ingenieurwissenschaftlichen Berechnung. Insgesamt 55 Vorträge und ca. 1000 Teilnehmer haben in den vergangenen sechs Jahren maßgeblich zum Gelingen der ersten zehn Veranstaltungen beigetragen. Ab dem 11. Norddeutschen Simulationsforum soll dieses Format nun weiter entwickelt und dem Innovationsgehalt und der inhaltlichen Dichte der Beiträge Rechnung getragen werden. Dazu werden in diesem Buch die Kernaussagen der einzelnen Vorträge in kurzen Artikeln zusammengefasst, wodurch die Beiträge auch über das Forum hinaus nachvollziehbar bleiben. So soll die praktische Umsetzung, die Weiterentwicklung und ein inspirierender Diskurs unterstützt werden.

Textprobe: Kapitel Dynamische Substrukturierung für die Auslegung varianter Leichtbaustrukturen unter Vibrationsanregung (Benedikt Plaumann, RMS Regelungs- und Messtechnik Dipl.-Ing. Schäfer GmbH): Der Beitrag stellt einen Ansatz vor, welcher die Auslegung von Leichtbaustrukturen unter Schwingerregung durch eine Berechnung des dynamischen Schwingverhaltens für jede Produktvariante mit Hilfe der dynamischen Substrukturierung unterstützt. Dabei werden die Substrukturmodelle durch Frequenzantwortfunktionen gebildet, welche das Schwingverhalten einer Substruktur bezogen auf seine Schnittstellen oder andere relevante Punkte darstellt. Die Substrukturmodelle werden im Frequenzbereich entsprechend einer modularen Produktstruktur zu Produktvarianten gekoppelt, um das lokale und globale Schwingverhalten der zusammengesetzten Struktur zu berechnen. Als Datenbasis für die Berechnung des Schwingverhaltens wurden mehrere Versuchsreihen durchgeführt. Diese ermöglichen eine Systemanalyse mit der Ableitung der benötigten Modellparameter und werden als Benchmarks für die Entwicklung des methodischen Berechnungsansatzes genutzt. Der Beitrag stellt einige Ergebnisse für die Modellierung des Schwingverhaltens und deren Verwendung zur Berechnung des Gesamtsystemschwingverhaltens vor. Problemfeld und Hintergründe: Wegen seiner Nähe zum Passagier unterliegt Kabineninterieur von Verkehrsflugzeugen strengen Sicherheitsanforderungen. Außerdem verursachen schwere Kabinenmonumente, wie etwa Flugzeugbordküchen (Galleys), unter dynamischen Anregungen, z.B. bei Resonanzen, hohe Reaktionskräfte an ihren Schnittstellen zu tragenden Flugzeugelementen, was eine detaillierte Absicherung unter den eingeleiteten Lasten notwendig macht. Das Problem verstärkt sich bei der Auslegung unter periodisch-stationären dynamischen Lasten, da hier üblicherweise vereinfachende Abschätzungen wie in der Statik nicht mehr möglich sind und der Berechnungsaufwand deutlich ansteigt. Des Weiteren sind zusätzliche valide Modellparameter, u.a. zur Dämpfung, für eine Berechnung notwendig. Variantenvielfalt Der hohe Entwicklungsaufwand bei Produkten unter anspruchsvollen dynamischen Lasten steigt mit der Anzahl an Produktvarianten, während z.B. bei Flugzeugkabineninterieur nur geringe Stückzahlen pro Variante produziert werden. In häufig engen Entwicklungszeitfenstern bleibt damit wenig Zeit für die aufwendige Leichtbauoptimierung jeder Variante unter dynamischen Lasten, womit noch vorhandenes Leichtbaupotential ungenutzt bleibt […]. Numerische Kopplung der Mehrkörpersimulation mit der Lebensdaueranalyse – Eine Multidisziplinäre Betrachtung in der Simulation (Dr. Tarik El Dsoki, MSC Software GmbH): Die Simulation mit ihren unterschiedlichsten Techniken ist heute fester Bestandteil im Konstruktions- und Designprozess. Ein Austausch der Ergebnisse der verschiedenen Disziplinen zur verbesserten Prognose eines Bauteils oder Bauteilgruppe ist heute bereits Standard. Die einzelnen Disziplinen werden von den jeweiligen Experten analysiert und die Ergebnisse entsprechend ausgetauscht. In diesem Paper soll ein Ansatz gezeigt werden, der es dem Systemanalysten erlaubt, eigene Berechnungen zur Lebensdauerbetrachtung, der Strukturberechnung oder aber der Akustikberechnung durchzuführen, ohne der jeweilige Spezialist zu sein. Hierfür läuft im Hintergrund ein automatisierter Prozess, der die Daten für die jeweils benötigte Disziplin aufbereitet. Die Ansätze können in einem 2ten Schritt dann von den jeweiligen Experten weiterverwendet werden. 1 Einleitung: Die Simulation und ihre Anwendungen hat in den letzten 10 Jahren eine extreme Wandlung erfahren. Lange Zeit gab es den Experten für Strukturberechnung, für den Systemanalysten, für den Fertigungsexperten oder auch den Akustik Experten, die jeweils unabhängig voneinander ihre Analysen durchführten. Maximal wurden Ergebnisse ausgetauscht aber nur in den seltensten Fällen wurden die jeweils erzielten Ergebnisse in den anderen Bereichen für die eigene Berechnung verwendet. Auf Grund der Anforderungen aus dem Markt nach genaueren Analysen und Aussagen zum Systemverhalten bzw. Bauteilbewertung, und dem Druck dies im Vorfeld schon sehr detailliert zu machen, war das Zusammenwachsen der Simulationstechnologien zwingend notwendig. Die unterschiedlichen Simulationen werden jeweils vom Experten durchgeführt und in Absprache mit den Kollegen bei Bedarf an veränderte Randbedingungen angepasst. Diese Vorgehensweise ist naturgemäß sehr zeitaufwendig und in frühen Designphasen nur schwer umzusetzen, da viele Details noch gar nicht bekannt sind. Es soll hier ein Ansatz vorgestellt werden, wie der Systemanalytiker über bestimmte Annahmen und automatisierte Prozesse mit seinem Modell aus der Mehrkörpertechnik auch Analysen aus den Bereichen der Lebensdauerbetrachtung durchführen kann. Diese Modelle können dann später einem Experten zur weiteren Detailanalyse zur Verfügung gestellt werden. 2 Stand der Technik: Die Mehrkörpersimulation hat sich als unverzichtbarer Bestandteil in der Auslegung von Systemverhalten etabliert. In nahezu allen Bereichen der Technik erfolgt die Auslegung von rotierenden Bauteilen / Komponenten mit diesen Ansätzen. Eine Kopplung bzw. Erweiterung der Methode um strukturmechanische Aspekte ist seit vielen Jahren bereits ein standardmäßiges Vorgehen. Die Berücksichtigung des elastischen Verhaltens einzelner Bauteile in der Mehrkörpersimulation hat diese Methode verallgemeinert und erweitert. Das Mehrkörperprogramm Adams ist sicherlich als Vorreiter in diesem Bereich zu sehen und in vielen Industriezweigen ein Standard. Das elastische Materialverhalten einzelner Bauteile erfolgt über die Beschreibung des Materialverhaltens in modaler Betrachtungsweise und wird über entsprechende Schnittstellen ins Starrkörper Modell eingebaut. Das Aufgabengebiet Lebensdaueranalyse wurde seit dem Zugunglück in Versailles 1842 ein immer wichtiger werdender Bestandteil des Ingenieurwesens. Trotzdem galt sie jahrelang als Black Box bzw. als geheime Magie. Im Labor werden Bauteile bzw. ganze Systeme auf den Rüttler gestellt und durchlaufen unterschiedliche Belastungszyklen, während die Messprotokolle entsprechend ausgewertet werden. Analog hierzu ist die Lebensdaueranalyse oder auch Schädigungsanalyse im CAE Bereich zu sehen. Das strukturmechanische FE Modell wird durch zyklische Belastungen angeregt und entsprechend ausgewertet. Zusätzlich zu den klassischen Materialparametern wie dem E-Modul bzw. der Querkontraktionszahl werden für diese Berechnungen auch Materialparameter für die Lebensdaueranalyse benötigt. Im einfachsten Fall ist dies eine Wöhlerkurve.

• Echtzeit-Strömungssimulation

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Im Rahmen des 11. Norddeutschen Simulationsforums präsentierten die Herrn Dipl.-Ing. Martin Kracht, Dipl.-Ing. Benedikt Plaumann, Dipl.-Ing. (FH) Michael Welsch, Dr. Tarik El Dsoki und Dr.-Ing. Christian F. Janßen Ihre Vorträge.