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Berechnen, Simulieren, Visualisieren Paradigmenwechsel in der konstruktionsnahen Berechnung

| Autor / Redakteur: Isabel Braun, Evelyn Gebhardt / Karl-Ullrich Höltkemeier

Das Ziel des Paradigmenwechsels in der Konstruktion ist es, Konstruktion und Berechnung besser aufeinander abzustimmen und die Simulation bzw. Optimierung früher im Prozess einzusetzen. Unterstützung gibt es dazu von Altairs HyperWorks Suite.

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Darstellung des Bauteils nach den einzelnen Fertigungsschritten.
Darstellung des Bauteils nach den einzelnen Fertigungsschritten.
(Bilder: belCAT/Altair)

Das Ziel eines konstruktiven Entwicklungsprozesses ist der Entwurf kostengünstiger Bauteile, die bereits bestimmte Anforderungen an Funktionalität und Gestaltung erfüllen. Die zu entwickelnden Bauteile bzw. Konstruktionsentwürfe sind üblicherweise das Ergebnis eines iterativen Prozesses zwischen Konstrukteur und Berechnungsingenieur.

Die Berechnungsingenieure führen mit dem ersten Konstruktionsentwurf detaillierte numerische Simulationen des Strukturverhaltens durch, aus deren Ergebnissen Entwurfsänderungen abgeleitet werden.

Die Konstrukteure setzen die Änderungen in einem neuen Designentwurf um und übergeben die neue Konstruktionsvariante zurück an die Berechnungsabteilung. Die Berechnungsingenieure sichern so die Arbeit der Konstrukteure rechnerisch ab und initiieren, aufgrund der erzielten Berechnungsergebnisse, gegebenenfalls weitere Designänderungen und zusätzliche Iterationen mit der Konstruktionsabteilung. Die Berechnungsverfahren werden in der Konstruktionsoptimierung sowie zur virtuellen Freigabe von Designentwürfen eingesetzt. Im heutigen wettbewerbsgeprägten Entwicklungsumfeld erweist sich dieser Ansatz jedoch nicht mehr für jede Bauteilentwicklung als zweckmäßig.

Das Ziel des Paradigmenwechsels in der Konstruktion ist es, Konstruktion und Berechnung besser aufeinander abzustimmen und die Simulation bzw. Optimierung früher im Prozess einzusetzen, so dass sich ein verkürzter Ablauf der Entwicklungsschleifen ergibt: Optimierung in der Konzeptphase > Konstruktion > Detaillierte Berechnung und Freigabe> Prototypenbau. Mit dem frühen Einsatz der Optimierungsmethoden können unnötige Iterationen zwischen Konstruktion und Berechnung eingespart werden. Im Idealfall muss die Berechnungsabteilung „nur“ die Ergebnisse der Konstruktion bestätigen.

Die Lücke schließen – Konstruktion und Berechnung nähern sich an

Seitens der Softwarehersteller wird viel Engagement darauf verwendet, Berechnungswerkzeuge bereits in der Konstruktion, während der Designphase, zu etablieren. Dabei liegt die Idee zugrunde, Konstrukteure die nötigen Berechnungen bereits während der Konstruktionsphase ganz oder teilweise übernehmen zu lassen, um so schneller zu einem funktionalen Entwurf zu kommen und die Kosten in den Berechnungsabteilungen zu senken. Technologisch wurden diese Schritte durch die Integration von Standardberechnungstechniken, wie z.B. statische und dynamische Analysen, in CAD-Systeme begleitet.

Es wurde angenommen, dass die Berechnungssoftware nur hinreichend einfach gestaltet und in die CAD Tools integriert werden müsse, um es Konstrukteuren zu ermöglichen, diese Aufgaben abzudecken. Es gibt jedoch zwei wesentliche Gründe, warum diese Vorgehensweise bisher zu wenig durchschlagendem Erfolg geführt hat.

Zum einen sind Konstrukteure gut mit ihrer eigentlichen Aufgabe, der Konstruktion des Bauteils ausgelastet, zum anderen fehlen in der Konstruktion oft die Voraussetzungen (Daten, Technologie, Prozesse, u.a.) dafür, geeignete Modelle zu erstellen und dann die richtigen Schlussfolgerungen aus den Berechnungsergebnissen zu ziehen. (Simulationsgetriebener Designansatz erforderlich)

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