Simulation

Simulationslösungen haben eine großes Potenzial im Produktentwicklungsprozess. Mit modernen numerischen Techniken unterstützt Sie ALFA-Con GmbH gerne in Ihren Aufgabenstellungen. Für strukturmechanische Analysen wie z. B. Festigkeitsberechnungen und thermomechanische Belastungssimulationen  wird in der Regel die Finite Element Methode (FEM)-Simulation und für strömungsmechanische Untersuchungen die Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulation eingesetzt. Sollen die Wechselwirkungen zwischen der Mechanik und der Strömung untersucht werden, kommt die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)-Simulation zum Einsatz.

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Profitieren Sie von unseren langjährigen Simulationserfahrungen mit denen wir bereits zahlreiche Projekte erfolgreich durchgeführt haben. Mit uns als kompetenten Ansprechpartner für Ingenieursdienstleistungen bieten wir Ihnen aktive Unterstützung von der Idee bis zum fertigen Produkt und stellen Lösungen für den kompletten Entwicklungsprozess bereit.

 

Mechanische, thermische und dynamische FEM-Simulation

Die FEM-Simulation ist das am weitesten eingesetzte Verfahren zur Berechnung komplexer Strukturen in zahlreichen Disziplinen. Nutzen Sie die Vorteile die wir Ihnen im Rahmen einer ganzheitlichen Produktentwicklung in verschiedenen Bereichen anbieten. Hierzu zählen beispielsweise:   

  • Statische Analysen (lineare und nichtlineare Systeme)

  • Dynamische Analysen (Schwingungsverhalten, Eigen- und Fremdfrequenzen, harmonisches Verhalten)

  • Ermüdungs- und Lebensdauerbewertung

  • Schadensanalysen zur Ursachenfindung

  • Biomechanik, Leichtbau

  • Zerspan- und Umformsimulation

  • Strukturoptimierung

  • Mehrköpersimulationsanalysen

  • Temperaturfeldanalysen

  • Montagesimulationen

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Netzgenerierung

Von der Genauigkeit der Vernetzung (gewählte Elementenform

und Elementgröße) hängt es unter anderem ab wie genau

das Ergebnis der FEM- und CFD-Simulation ist.

Während sich die FEM-Simulation längst in der Produktions-

technik etabliert hat, ist hier die CFD-Anwendung noch ein

relativ neues Forschungsinstrument. Im Vergleich zur FE-Analyse

wo mehr Elemente in Bereichen in denen die Lösungsvariablen hohe räumliche Gradienten aufweisen vernetzt werden muss, kommt bei der CFD zudem das physikalische Phänomen der Druck-Geschwindigkeits-Kopplung im Netz exakt dargestellt werden, um so die Kontinuität der Fluidmasse über die gesamte Lösungsdomäne sicherstellen zu können. Eine weitere Herausforderung bei der CFD-Vernetzung stellt die Prismenschicht (Inflation-Layer) dar, der an allen Grenzschichten von extrem hoher Qualität sein muss. Es ist zudem wichtig, dass die Vernetzung an die Geometrie und an die physikalischen Eigenschaften des Fuidmodells angepasst wird. Nicht selten gehen deswegen die Anzahl der Gitterelemente bis in den Millionenbereich, so dass für die numerische Lösung Hochleistungsrechner erforderlich sind.  

 

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CFD-Simulation

Mit Computational Fluid Dynamics (CFD)-Berechnungen können jegliche Arten von Strömungen im Zusammenhang mit Fluid-Fluid-, Fluid-Fest- oder Fluid-Gas-Wechselwirkungen analysiert werden. Je nach Anwendungsfeld und Komplexität können die numerischen CFD-Simulationen sehr umfangreich ausfallen, da unendlich vielen Freiheitsgrade des Fluidkontinuums mit entsprechenden mathematischen Verfahren auf endlich viele Punkte im Raum abgebildet und in Matrixgleichungen umgewandelt werden müssen. Diese Diskretisierungen (Vernetzung/Gitter) werden mittels CFD-Software umgesetzt und die physikalischen Gesetze in Form von komplexen partiellen Gleichungssystemen mit hochentwickelten CFD-Solvern gelöst.

 

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FSI-Simulation

Die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) wird für die Analyse multiphysikalischer Probleme eingesetzt und beschreibt die Wechselwirkungen zwischen der Strukturmechanik (FEM-Simulation) und der Fluiddynamik (CFD-Simulation). Damit die FSI-Simulation durchgeführt werden kann ist es erforderlich die FEM-Berechnung und die CFD-Berechnung miteinander zu koppeln.Der Grad der Kopplung wird unterteilt in eine unidirektionale (Ein-Weg) oder bidirektionale (Zwei-Wege) Kopplung. Erstere wird dann eingesetzt wenn zwischen den strukturmechanischen und den fluiddynamischen Problemen nur eine geringe Rückwirkung stattfindet. In diesem Fall ist es so, dass die Auswirkungen der Strömung auf die Struktur nur sehr wenig Einfluss haben und diese weitgehend vernachlässigt werden können. Aus diesem Grund wird der Grad der unidirektionalen Kopplung als eine schwache Kopplung bezeichnet. In der Natur und der Technik existiert jedoch eine Vielzahl von Strömungsproblemen, bei denen das Strömungsgebiet durch flexible Strukturen begrenzt wird. Die Strömungskräfte oder Strömungsdrücke bewirken eine Veränderung wie z. B. eine Verformung der Struktur, wodurch es dann zu einer Wechselwirkung kommt. In diesem Fall ist die rückwirkungsbehaftete Beschreibung und somit eine bidirektionale Kopplung nicht mehr vernachlässigbar. Für die Lösung sind tiefgreifende numerische, informationstechnische und strömungsmechanische Kenntnisse notwendig. Es existieren auch keine allgemeingültigen Schnittstellen so dass eine Beschreibung wegen der großen Diversität nur problemangepasst realisiert werden kann.

 

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