Berechnung und Simulation in der Praxis „Wer seinen Fall einordnen kann, spart Wochen“

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Reicht für die Schraube die Handrechnung nach VDI 2230, oder braucht es ein Kontaktmodell? Wie lassen sich Vernetzungszeiten halbieren und Strömung, Wärme sowie Mechanik sinnvoll koppeln? Beim Norddeutschen Simulationsforum am 12. November in Hamburg geht es genau um solche Abwägungen. Mitorganisator Dirk Pieper erklärt, worauf Konstrukteure und Berechner dabei achten müssen.

Herr Pieper, ob Schraubenberechnung nach VDI 2230, Rissfortschritt in Plattenstrukturen oder gekoppelte Multiphysik: In der Berechnung liegen Welten zwischen den Methoden. Was hilft einem Konstrukteur oder Entwicklungsleiter im Alltag am meisten, wenn er vor einer neuen Auslegungsaufgabe steht?

Dirk Pieper: Simulation ist vor allem eine Vertrauensfrage. Man muss der Aussage vertrauen, der Methode – und dem Menschen, der daraus eine Entscheidungsgrundlage für den nächsten Entwicklungsschritt ableitet.

In der Praxis braucht man deshalb weniger ein neues Werkzeug als einen verlässlichen Maßstab. Die Spanne reicht von der Bleistiftnotiz bis zum Parameterfeld auf dem Supercomputer. Jede Aufgabe verlangt einen anderen Detaillierungsgrad. Wer weiß, wo sein eigener Fall in dieser Spanne liegt, spart Wochen. Wer es nicht weiß, rechnet zu grob oder viel zu lange. Dieses Gespür lernt man in keiner Software-Schulung, man muss es an echten Fällen aus der Praxis sehen und diskutieren.

Beim Norddeutschen Simulationsforum am 12. November in Hamburg stehen fünf solcher Praxisfälle auf dem Programm. Welcher hat den größten Nutzen für den klassischen Maschinenbau?

Den direktesten Bezug hat sicher Viktor Martinewskis Beitrag zur VDI 2230. Schrauben stecken in fast jeder Konstruktion, und die allermeisten rechnet zu Recht niemand nach. Martinewski teilt das in drei Stufen: Wann reicht die Norm auf dem Papier? Wann muss die Finite-Elemente-Methode (FE) nur die Nachgiebigkeit der verspannten Teile liefern? Und wann braucht es das volle Kontaktmodell mit vorgespannter Schraube? Wer das unterscheiden kann, weiß sofort, ob eine Handrechnung genügt oder zwei Tage Modellaufbau anstehen.

Auch die weiteren vier Themen setzen konkrete Maßstäbe für die Entwicklung: Hendrik Schafstall zeigt am Beispiel des Schiffbaus, wieEngineering-Informationen, Geometrie und Modellierungsregeln in einem durchgängigen automatisierten Prozess zusammengeführt werden, und so in weniger als einer Stunde aus dem Engineering-Modell ein validiertes, solverunabhängiges FE-Modell entsteht. Phyo Myat Kyaw berechnet Ermüdungsrisswachstum ohne Neuvernetzung und halbiert so die Rechenzeit. Alexander Glowinski und Henning Wehnsen koppeln an einem Leistungsmodul Strömung, Wärme, Mechanik und Elektrik in einem einzigen Modell. Und Sebastian Geller wagt zum Abschluss ein physikalisches Gedankenspiel: Er untersucht, ob aus der zeitlichen Änderung der Beschleunigung ein zusätzlicher Kraftterm entsteht.

Diese Themen treffen in Hamburg auf ein ungewöhnliches Umfeld aus verschiedenen Industrien. Warum ist der Blick über die eigene Branche hinaus bei der Simulation so hilfreich?

In und um Hamburg liegen Schiffbau, Flugzeugbau, Windenergie und Fahrzeugbau direkt nebeneinander, dazu die Forschung am DESY und die Hochschulen. Die Aufgaben klingen verschieden, sind im numerischen Kern aber gleich. Wenn ein Schiffbauer und ein Flugzeugbauer „Blechstärke“ sagen, meinen beide etwas völlig anderes – und genau da beginnt ein fachliches Gespräch, das sich lohnt.

Deshalb halten wir das Format seit der Entstehung aus einem Hamburger Stammtisch im Jahr 2009 bewusst schlank: ein Abend, ein Raum, keine Parallelsessions, kostenfreie Teilnahme. Jeder Vortrag dauert maximal 25 Minuten inklusive Fragen. Das ist zu kurz für eine Werbeschau. Da die Runde firmen-, branchen- und solverunabhängig ist, sind Softwarehäuser zwar willkommen, aber nur als Anwender. Wer vorne steht, muss zeigen, was er gerechnet hat.

Warum lohnt sich ein solcher Austausch auch für Ingenieure, die Simulation nicht täglich, sondern nur als ein Werkzeug unter vielen in der Konstruktion nutzen?

Weil man in der Pause und beim anschließenden Get-Together Antworten auf Fragen bekommt, die im Hörsaal keiner stellt: Wie hast du das Bauteil wirklich vernetzt? Wie lange hat es gedauert, bis die Rechnung konvergiert ist? Was habt ihr vorher probiert, das schiefging? Negative Ergebnisse stehen auf keiner Folie. Erzählt werden sie trotzdem – im direkten Gespräch unter Kollegen.

Ein Webinar präsentiert meist ein Produkt, ein Fachartikel ein fertiges Ergebnis. Beides verrät Ihnen nicht, ob Ihr konkretes Problem in zwei Tagen oder erst in zwei Monaten gerechnet ist. Im direkten Austausch mit Praktikern bekommen Sie genau diese ehrliche Hausnummer, weil Ihnen niemand etwas verkaufen will. Und was bleibt, sind Kontakte: Wer im November jemanden trifft, der Rissfortschritt rechnet, ruft ihn im März an, wenn der Riss im eigenen Bauteil auftaucht. Dafür muss man nicht täglich simulieren. Es reicht zu wissen, wen man fragt. (ud)