Optimierung

Question 1

Einteilung der Analyse

Answer 1

1.Auslegungsrechnungen
–In der frühen Phase der Produktentwicklung
–Ziel oft Festlegung der Dimension eines Bauteils in der Konzeptionsphase

2.Kontroll- und Nachrechnungen
–Gegen Ende der Konstruktionsphase
–Auf Basis detaillierter Produktgestalt
–Ziel oft
•Nachweis bestimmter Sicherheiten
•Festlegung von Belastungsgrenzen
•Detailanalyse
•Leistungsprognose

Question 2

Einfache Berechnungen und Analyse

Answer 2

•Einfache Berechnungsverfahren
–Direkt innerhalb eines CAD Systems auf Basis der Produktgeometrie, z.B.
•Abstände und Winkel
•Flächen- und Volumeninhalte, Massen
•Schwerpunkte und Trägheitsradien
•Flächenanalyse über Krümmungsverteilung
–Regressionen, Überschläge, Vergleichswerte, oft in Excel, z.B.
•Gewicht und Kosten pro Länge, pro Fläche, pro Volumen
•Komplexe Berechnungsverfahren der Mechanik
–Teil integrierter Konstruktions- und Berechnungsprozesse
–Produktgeometrie ergänzt durch weitere Informationen bezüglich Material, Fluideigenschaften etc.
–Oft außerhalb eines CAD Systems auf Basis anwendungsspezifischer und problemorientierter Simulationsverfahren

Question 3

Simulationsverfahren

Answer 3

Simulation
–Bestimmung komplexer Produkteigenschaften
•Experimentelle Untersuchung
•Numerische Berechnung auf Basis grundlegender Prinzipien der Mechanik (First Principle Methods)
–Immer Vereinfachung und Vernachlässigung wie
•Weglassen unwesentlicher Details (z.B. in der Geometrie)
•Reduktion der physikalischen Komplexität
•Skalierung (Modellmaßstab vs. Großausführung)
Verfahren
–Computational Fluid Dynamics (CFD) [Strömungsmechanik]
–Finite Elemente Methode (FEM) [Strukturmechanik]
–Kinematische und dynamische Analyse
–…

Question 4

CFD

Answer 4

•Simulation fluiddynamischer Eigenschaften
•Vorgabe von Randbedingungen, z.B.
–Am Ein- und Ausströmrand
–Auf der Körperoberfläche
•Berechnung des Strömungsfelds, i.d.R.
–Geschwindigkeit (Turbulenz)
–Druck
–Energie
–Temperatur
–Stoffkonzentration
•Aufbereitung, z.B.
–Kräfte und Momente
–Verluste

Question 5

Finite Element Method

Answer 5

•Simulation strukturmechanischer Eigenschaften
•Vorgabe äußerer Belastungen wie
–Kräfte, Momente, Drücke
–Verformungen
–Temperaturen, Wärmequellen
•Berechnungen für eine Struktur
–Statische Probleme (Spannungs- und Dehnungsverhalten)
–Dynamische Probleme (Schwingungsverhalten)
–Potentialprobleme (Wärmefluss, Schall)
•Aufbereitung, z.B.
–Spannungsanalyse
–Verformungsanalyse

Question 6

Kinematische Analyse

Answer 6

–Animation mechanischer Strukturen
–Bewegungen einzelner Bauteile gegeneinander
–Beispiele
•Mögliche Gelenkstellungen (z.B. Ventil)
•Maximale Arbeitsbereiche (z.B. Roboter)
•Zusammenspiel bewegter Mechanismen (z.B. Faltdach)
•Kollisionsprüfung (z.B. Reifen in einem Radkasten, Ankerfall nahe Bugwulst, Absenkung von Rettungsbooten)

Question 7

Dynamische Analyse

Answer 7

–Erweiterung der kinematischen Analyse
–Berücksichtigung auch der dynamische Belastungen
•Massenträgheit, Erdbeschleunigung, aufgeprägte Kräfte und Momente
–Beispiele
•Resultierende Geschwindigkeiten und Beschleunigungen sowie Schwingungen und Verformungen (z.B. Roboterbewegungen)
•Dynamisches Verhalten maritimer Systeme (z.B. Verhalten im Seegang, Manövrieren, Positionierung)

Question 8

Phase komplexer Berechnungsverfahren

Answer 8

•Erzeugung der Produktgeometrie im CAD System
–Oft Vereinfachung der Geometrie (Defeaturing)
•Preprocessing
–Umwandlung der CAD-internen Repräsentation in eine für das Analysetool geeignete
•Ggf. Defeaturing
•Z.T. Reparatur
–Vorbereitung der Berechnungen
•Vereinfachungen
•Randbedingungen
•Last- und Berechnungsfälle
•Simulation durch spezielle Anwendung
–Berechnungen (unter vereinfachenden Annahmen)
•Visualisierung und Postprocessing
–Erzeugung einer für den Benutzer interpretierbaren Präsentationsform der Berechnungsergebnisse
•Interpretation und Entscheidung
–Abschluss oder iterative Überarbeitung

Question 9

Optimierungsprozess

Answer 9