SB_14.814B

Die Bauteile haben einen Durchmesser von jeweils 120 mm und eine Dicke von
20 mm bzw. 6 mm. Unter Berücksichtigung der Randbedingungen ergaben sich die
in Abb. 7.1 dargestellten Modellgeometrien. Für die geometrische Darstellung und
den Geometrieimport der Bauteile wurden die Modelle mittels CAD-Systemen (u. a.
Autodesk, AutoCad, Autesdesk Inventor, SolidWorks) erstellt. Die Demonstratoren
dienen zum einen der Verifizierung der Simulationsergebnisse und zum anderen zum
Nachweis der industriellen Umsetzbarkeit.
5.2 Vernetzungsstrategien
Die Vernetzung hat entscheidenden Einfluss auf die Genauigkeit der Simulationsergebnisse.
Im Forschungsvorhaben wurden zum einen unterschiedliche Elementtypen
untersucht und zum anderen die automatisierte Netzgenerierung.
Bevor ein Bauteilvolumen vernetzt werden kann, muss zunächst der Elementtyp
festgelegt werden. Er bestimmt die Form des Vernetzungsgitters und die Freiheitsgrade
für die Berechnung. Für die thermische und die Strukturberechnung sind
unterschiedliche Elementtypen nötig, da der Freiheitsgrad im ersten Fall die Temperatur
und im zweiten Fall die Verformung ist. Es gibt auch Elementtypen, die beide
Freiheitsgrade besitzen, allerdings eignen sie sich nicht für nichtlineare Berechnungen
mit Berücksichtigung der plastischen Werkstoffeigenschaften.
Die Hexaeder-Elemente werden generell bevorzugt, da sie ein besseres Anpassungsverhalten
besitzen und genauere Ergebnisse liefern. Die Tetraeder-Elemente
haben meist eine deutlich zu hohe Steifigkeit und sind deshalb in Bereichen mit
starken Geometrieveränderungen ungünstig [Wol73]. Sie eignen sich hingegen gut
für unregelmäßige Gitter, wie sie beim Import von CAD-Geometrien entstehen und
sind für transiente Temperaturberechnungen vorgesehen.
Eine Vernetzung sollte möglichst gleichmäßig sein, d.h. die Größe der Elemente
sollte lokal nicht zu stark variieren. Um Rechenzeit zu sparen, wird das Netz nur in
bestimmten Bereichen verfeinert und im restlichen Bereich des simulierten Volumens
grob vernetzt. So wurden im Forschungsvorhaben nur die Lötschicht und die
Kontaktoberflächen des Bauteils automatisch fein vernetzt. In Abb. 5.2 sind verwendete
Vernetzungen dargestellt. Die Netzgenerierung erfolgt wie beschrieben
automatisch. Wie dargestellt, wird das Netz den komplexen Geometrien der Formteile
angepasst.
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