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Simulation und Virtuelles Engineering

Projektdefinition und Projektziele
Die rechnergestützte Verfahrensentwicklung gewinnt zunehmend an Bedeutung bei der Einführung und Verbesserung von komplexen Technologien. Eine typische Anwendung ist die thermische Materialbearbeitung, z.B. das Schweißen, das Schneiden, das Abtragen oder das Generieren mit dem Laserstrahl. Die Dynamik der physikalischen Prozesse wird durch die Kontinuumsphysik und Thermodynamik in der Wechselwirkungszone zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstück beschrieben. Die beteiligten zeitabhängigen Teilprozesse (Wärmeleitung, Thermomechanik, Hydrodynamik der Schmelze, Gasdynamik des Metalldampfes etc.) werden an freien Phasengrenzen, die selber ein Teil der Lösung sind, gekoppelt. Numerische Lösungen sind für die Verfahrensentwicklung von besonderer Bedeutung, da nicht alle am Prozss beteiligten dynamischen Variablen experimentell direkt beobachtbar sind, und die mathematisch besser beherrschten Grenzfälle sind auf experimentellem Wege oft nicht erreichbar. Kommerzielle Verfahren, welche eine gekoppelte Berechnung einer thermischen Materialbearbeitung mit freien Phasengrenzen erlauben sind zur Zeit nicht vorhanden. Mit der vom Fraunhofer Institut SCAI entwickelten Kopplungsbibliothek GCE sollen Programmsysteme erstellt werden, welche die numerischen Verfahren zur Berechnung der einzelnen Teilprozesse enthält und so gekoppelte Probleme berechnen. In Abhängigkeit des ausgewählten technischen Verfahrens (z.B. Schweißen, Abtragen, Generieren) und der wissenschaftlichen Fragestellung (z.B. Stabilität des Vorgangs, Beobachtbarkeit durch Diagnostik, Steuerung des Verfahrens) ändert sich die Anzahl der relevanten Teilprozesse und damit die Struktur des zu erstellenden Programmsystems. Wesentliche Ziele sind die bestehenden Möglichkeiten der Kopplungsbibliothek MpCCI anzuwenden, zu verfeinern und für neue Aufgaben zu erweitern.

Gefördet durch BMB+F Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projektpartner Fraunhofer ILT
Fraunhofer SCAI
Fraunhofer EMI
Projektleiter Dr. rer. nat. Markus Nießen