MpCCI – Lösung multidisziplinärer Probleme durch Kopplung von Simulationen

Die Simulation komplexer Fertigungsprozesse zur Vorhersage struktureller Produkteigenschaften erfordert häufig eine Kette verschiedener Simulationsdisziplinen. Jeder Simulationsschritt erfordert in der Regel eine spezifische Problemdiskretisierung, um die physikalischen Effekte zu berücksichtigen. Um realistische Simulationsergebnisse zu erzielen, müssen die lokalen Materialeigenschaften bei jedem Schritt der virtuellen Prozesskette als Anfangsbedingung angegeben werden. Neben der Übertragung lokaler Materialeigenschaften entlang einer Fertigungskette müssen die Simulationsmodelle durch den Vergleich mit experimentellen Testergebnissen validiert werden.

Um lokale Materialeigenschaften zwischen aufeinanderfolgenden Simulationsschritten zu übertragen, wurde von SCAI der MpCCI Mapper als dateibasiertes Mapping-Tool entwickelt.

Im Hinblick auf das thermische Verhalten von Kraftfahrzeugen wird angestrebt, Simulationen für die gesamte Komplexität der Fahrzeuggeometrie und der Wärmetransportphänomene einschließlich Konvektion, Strahlung und Leitung in Flüssigkeiten und Festkörpern durchzuführen. Die verschiedenen beschriebenen Wärmetransportmechanismen werden durch spezielle Codes gelöst. Der gekoppelte Ansatz unterstützt stationäre, instationäre und gemischte Anwendungen (quasistationär und instationär).

MpCCI CouplingEnvironment bietet die Möglichkeit, Ihren bevorzugten CFD-Code mit einem Code zu koppeln, der auf die Wärmeübertragung durch Strahlung und Festkörperleitung spezialisiert ist. Darüber hinaus ist es möglich, Ihren eigenen internen Code in die MpCCI-Umgebung zu integrieren.

Wenn eine umgebende Flüssigkeit Druck auf eine flexible Struktur ausübt, verformt sich diese Struktur, was zu Veränderungen im Strömungsfeld der Flüssigkeit führt. Diese so genannten Fluid-Struktur-Wechselwirkungen treten in verschiedenen Anwendungsbereichen auf: Die häufigsten Beispiele sind Kotflügel, Spoiler und andere verformbare Teile von Renn- oder Alltagsautos oder das Flattern von Flugzeugflügeln. Außerdem ist dieser Effekt bei vielen Maschinen zu beobachten, insbesondere bei beweglichen Teilen oder leichten, stark verformbaren Wänden. Typische Beispiele sind Ventile, Pumpen oder hydraulische Motorlager. MpCCI wurde erfolgreich zur Lösung verschiedener Anwendungen aus all diesen Bereichen eingesetzt.

Die Entwicklung von Turbomaschinen mit immer höheren Wirkungsgraden macht die detaillierte Kenntnis der mechanischen, thermischen und strömungsdynamischen Prozesse unabdingbar. Sie dienen der Optimierung der Strömungsgeometrie, der thermischen Beanspruchung, der Lebensdauer usw. Die realitätsnahe Simulation des Turbomaschinensystems erfordert häufig die Kenntnis von Randbedingungen, die in der Regel aus anderen Simulationsdisziplinen stammen oder sogar stark miteinander verwoben sind.
Um diese Wechselwirkungen („Multiphysik“) zu berücksichtigen, ist ein Mapping (mit MpCCI FSIMapper) oder eine gekoppelte Simulation (MpCCI CouplingEnvironment) erforderlich.

Mehrkörpersimulationen (MKS) und Finite-Elemente-Methoden (FEM) sind sehr effektive Werkzeuge zur Simulation der komplexen Dynamik von Fahrzeug- und Maschinenteilen. Die Kosimulation ist ein natürliches Mittel, um die Genauigkeit dieser Modelle zu erhöhen und Umwelteinflüsse und zusätzliche physikalische Phänomene wie Strömung oder Elektromagnetismus einzubeziehen. Darüber hinaus kann die Simulationszeit für komplexe Finite-Elemente-Modelle durch den Einsatz von Mehrkörpersimulationen für unkritische Komponenten drastisch reduziert werden.