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Exact Geometry Simulation for Optimized Design of Vehicles and Vessels

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Verbesserung der Fahrzeug- und Schiffskonstruktion

CAD-Software (Computer-aided Design) stellt das Werkzeug der Wahl für Konstrukteure und Ingenieure dar, die neue Produkte oder Bauteile entwickeln wollen. Durch die Übertragung eines computergenerierten Modells in ein Modell, deren Berechnung mithilfe der numerischen Simulation erfolgen soll, können kleine Fehler eingeführt werden, die im Bereich des Verkehrswesens dramatische Folgen haben können. Anhand aktueller Forschungsprojekte soll dieses Problem beseitigt werden.

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Diese kleinen geometrischen Fehler können die Simulationsergebnisse beeinflussen. Fehlerhafte Simulationsergebnisse wiederum können zu Problemen beim realen Objekt führen, die im Bereich der Herstellung von Fahrzeugen und Schiffen folgenschwer sein können. Insbesondere computergenerierte Freiformobjekte sind extrem schwierig mit absoluter Genauigkeit zu simulieren, da ihre Formen mithilfe einfacher geometrischer Primitive angenähert werden. Freiformobjekte verfügen über eine genau definierte und stetige Oberfläche, mit Ausnahme an den Eckpunkten, den Kanten und den Scheitelpunkten. Beispiele für diese Problemstellung finden sich bei Schiffshüllen, Schiffsschrauben sowie Kraftfahrzeugrahmen und Untergestellen von Eisenbahnwagen. Um das Fehlerpotenzial zu reduzieren und zu eliminieren, versucht das EU-finanzierte Projekt Exciting ("Exact Geometry Simulation for Optimised Design of Vehicles and Vessels"), die Lücke zwischen dem CAD und der numerischen Simulation durch die Isogeometric Analysis (IGA) zu schließen. Die IGA stellt einen neuen Ansatz für die Erzeugung und Simulation von Freiformobjekten dar. Exciting ist eine Forschungsgemeinschaft von Vertretern aus der Industrie und dem akademischen Bereich aus Deutschland, Frankreich, Griechenland, Norwegen und Österreich. Sie waren insbesondere daran interessiert zu ergründen, wie IGA Fehler beim Konstruktionsprozess von Fahrzeugen und Schiffen beseitigen kann. Den Projektteilnehmern nach ist die genaue Konstruktion der Schaufeln einer Turbine extrem schwierig. Mithilfe der IGA-Anwendung des Exciting-Projekts ist es den Konstrukteuren nun möglich, ein CAD-Modell für Turbinenschaufeln zu erstellen, das für die numerische Simulation geeignet ist. Die Konstrukteure können auch ein vollständig parametrisiertes Modell einer Schiffshülle erstellen, welches die Hauptdimensionen und andere wichtige Parameter wiedergibt. Die IGA kann nun auch auf Fahrzeugkomponenten angewendet werden. Das Projekt, das 2008 begann und 2012 endet, widmet sich momentan einigen der eher theoretischen Herausforderungen, welche die Entwicklung von zukünftigen Anwendungen unterstützen. Bis jetzt konnten viel genauere Einblicke in die Berechnung des Wellenwiderstandes eines eingetauchten Sphäroids mit der isogeometrischen REM gewonnen werden. Es konnte zudem eine Lösung für ein wiederkehrendes 2D-Testproblem gefunden werden, welches oftmals bei der Modellierung von Rohren und verformbaren Wänden auftritt. Zudem gelang sogar der Machbarkeitsnachweise für die isogeometrische Konstruktionsoptimierung im Bereich der Strukturmechanik. Diese herausragenden Ergebnisse und der kontinuierliche Fortschritt werden nicht nur der Industrie bei der Herstellung besserer Produkte helfen, sondern dem Industriesektor auch zu umfangreichen Zeit- und Kosteneinsparungen bei der Konstruktion und Erprobung verhelfen.

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18 Oktober 2021