Motivation
In vielen technischen Entwicklungsprozessen, wie etwa in der Automobil- und Flugzeugindustrie oder im Werkzeugmaschinenbau, sind numerische Simulationen ein unverzichtbarer Bestandteil. In diesem Zusammenhang werden sogenannte Finite-Elemente-(FE)-Berechnungen insbesondere bei der Festigkeits- und Verformungsanalyse von geometrisch komplexen Festkörpern eingesetzt. Ein typisches Beispiel sind Crashsimulationen als Bestandteil von Fahrzeugsicherheitsversuchen, um die Insassensicherheit zu erhöhen. Dazu wird das Berechnungsgebiet in endlich viele Teilgebiete einfacher Form aufgeteilt, z.B. in viele kleine Quader oder Tetraeder, die als „finite Elemente“ bezeichnet werden. Ihr physikalisches Verhalten kann aufgrund ihrer einfacheren Geometrie mit bekannten Ansatzfunktionen gut berechnet werden. Damit können z.B. gesetzliche Vorgaben zur Gewährleistung der Fahrzeugsicherheit erfüllt werden. Während diese Berechnungen selbst und zum großen Teil auch die zugehörigen Nachbearbeitungen und Auswertungen bereits weitgehend automatisiert ablaufen, ist die Vorbereitung der Berechnungen oft noch mit umfangreichen manuellen Eingriffen verbunden. Insbesondere betrifft das die für die FE-Methode benötigte hinreichend gute Darstellung der zugrundeliegenden Geometrien. Für diesen als Vernetzung bezeichneten Prozess können bisher nur Geometriedaten mangelnder Qualität zur Verfügung gestellt werden, was manuelle Nachbearbeitungen erfordert.
Ziele und Vorgehen
Wesentliches Ziel des Vorhabens „OptiNetz“ ist es, einen neuen softwaregestützten Ansatz zur Vernetzung zu entwickeln. Dabei wird die Geometriedarstellung zuerst stark umstrukturiert, wobei benachbarte Teilflächen zusammengefasst und neu aufgeteilt werden. Dieses Vorgehen führt zu einer optimierten Form, die einer automatischen Vernetzung erheblich besser zugänglich ist. Darauf aufbauend wird eine solche Vernetzung konstruiert, die auf die neue Geometriestruktur zugeschnitten ist. Auf diese Weise werden qualitativ hochwertige Netze erzeugt, die auf die konkreten Anforderungen der Berechnungen angepasst sind. Diese Berechnungsprozesse sollen weitgehend automatisiert ablaufen und damit wesentlich schneller und in deutlich höherer Qualität ausgeführt werden können.
Innovationen und Perspektiven
Auf Basis dieses neuartigen Ansatzes wird ein Demonstrator implementiert. Um die angestrebten Funktionalitäten in der Praxis zu testen, werden in Zusammenarbeit mit dem assoziierten Partner IAT verschiedene Testszenarien definiert. Außerdem werden Anwender aus dem Unternehmensbereich Berechnungsdienstleistung der Gesellschaft für numerische Simulation Tests an Praxismodellen vornehmen. Deren Ergebnisse werden zusätzlich in die Entwicklung einfließen. Zu erwarten sind Verbesserungen im Simulationsablauf, die z.B. für ein Ensemble der Konsolen in einer Fahrzeugkarosserie oder ein Karosserieseitenteil den bisherigen Arbeitsaufwand auf etwa ein Drittel reduzieren. Auf diese Weise wird in der Folge die Automobilindustrie am Standort Deutschland gestärkt.