Ingenieurbüro für angewandte Strömungsmechanik

Gitterkosten

Der erste Arbeitsschritt jeder Simulation ist die Beschreibung der zu untersuchenden Geometrie. Anschließend folgt die Generierung eines Rechengitters.

Bis zu 70% der für eine Simulation benötigten Mannzeit wird für die Geometrie- und die Gittererstellung benötigt. Daher stellen sie den Hauptkostenfaktor der meisten industriellen Simulationen dar. Im Rahmen dieses Berichts werden einige Hinweise und Alternativen vorgestellt, die dazu beitragen, die Kosten und Risiken dieser Arbeitsschritte besser einzuschätzen und zu reduzieren.

Geometrie Die effektivste Methode, die Geometrie für eine Simulation zu beschreiben, ist die Übernahme von bereits vorhandenen CAD-Modellen. Dies haben die meisten Programmhersteller erkannt und bieten mehrere Möglichkeiten zum Importieren von CAD-Modellen an. Allgemeine Schnittstellen, wie z.B. IGES, STEP, VDAFS, ACIS, STL oder die direkte Übernahme von CAD-Dateien sind gängige Wege. Durch die Übernahme der CAD-Daten entstehen neue Arbeitsschritte: Bereinigung der Übertragungsfehler: Übertragungsfehler können durch eine Aufeinanderabstimmung der einzelnen Programme minimiert werden. Sie können wahrscheinlich nicht ganz ausgeschlossen werden. Einschränkung des Modells auf das Notwendigste: Die übernommenen Geometrien beinhalten in der Regel viele Details, die für eine Strömungsanalyse nicht von Interesse sind. Als Beispiel seien hier Muttern oder Löcher für Schrauben erwähnt. Es empfiehlt sich, diese Details vor der Gittergenerierung zu löschen, da sie zu erheblichen Schwierigkeiten führen könnten. Zur Erledigung dieser Arbeiten muss der Präprozessor des CFD-Programms entsprechend ausgerüstet sein. Das Ergebnis der Geometriebeschreibung sind ein geschlossener oder mehrere geschlossene und verbundene Volumenkörper.
Gittergenerierung Es gibt mehrere Methoden, Gitter zu erstellen. Strukturierte und block-strukturierte Gitter werden häufig für CFD-Modelle verwendet. Durch die hohen Aufwendungen, die zur Erstellung solcher Gitter betrieben werden müssen, werden mehr und mehr unstrukturierte Gitter verwendet. Diese bieten ein hohes Maß an Flexibilität. Hybride Gitter, die unterschiedliche Zelltopologien unterstützen, erhöhen die Genauigkeit unstrukturierter Gitter, dabei bleibt die Gittergröße in angemessenen Rahmen industrieller Anwendungen.
Geometrieerkennung Eine weitere Neuentwicklung stellt die Anwendung eines kartesischen Gitters dar, dessen Zellen nach dem CAD-Import geteilt werden, um die CAD-Oberflächen abbilden zu können. Für diese Technik wird die STL-Schnittstelle verwendet. Daher wird die Aufbereitung im CAD-System vorgenommen.
Vergleich zw. den Methoden Prinzipiell führen alle Gitter zum richtigen Ergebnis. Der Unterschied besteht in den Kosten, die bei der Gittergenerierung und bei der Berechnung entstehen. Strukturiertes Gitter / Geometrieerkennung Ziel einiger Berechnungen ist die Ermittlung der auf ein bestimmtes Bauteil einwirkenden Kräfte. In diesem Beispiel wurde die Kraft entsprechend den folgenden Aufwendungen ermittelt. Beide Methoden führen zum gleichen Ergebnis, die Mannzeitaufwendungen sind in einem Fall sehr hoch, dafür sind mehrere Berechnungen (Parameterstudien) in einem vertretbaren Zeitraum machbar. Unstrukturiertes Gitter / Geometrieerkennung Unendlich dünne Platten werden bei den meisten Geometrieerkennungsalgorithmen nicht entsprechend aufgelöst. Stattdessen werden sie in Form von Treppen abgebildet. Diese Vereinfachung würde beim hier dargestellten Beispiel zu fehlerhaften Verteilungen der dargestellten Variable führen.

Zusammenfassung

In der Regel ist die Erstellung von strukturierten Gittern am teuersten. Sie benötigen aber weniger CPU-Zeit. Unstrukturierte und hybride Gitter sind in der Regel günstiger.

Die Geometrieerkennung basiert auf der Anwendung von kartesischen Gittern. Sie vereint daher die wirtschaftliche Geometrie- und Gittererstellung mit der Genauigkeit und Geschwindigkeit von kartesischen Gittern.

Die Entscheidung, welche Methode angewandt werden soll, wird in vielen Fällen von den bereits implementierten physikalischen Modellen abhängen. Damit verkompliziert sich die Entscheidung durch die Gegebenheiten unterschiedlicher CFD-Programme.

Zur Auswahl der Methode, die für Sie am geeignetsten ist, sprechen Sie uns an.

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Gittergenerierung

Geometrieerkennung

Vergleich zw. den Methoden

Strukturiertes Gitter / Geometrieerkennung

Unstrukturiertes Gitter / Geometrieerkennung

Zusammenfassung