Mittler zwischen den Welten

Ohne Simulation läuft wenig in Konstruktion und Entwicklung: kaum ein hochwertiges Produkt, das nicht mehrfach virtuell getestet wurde. Trotz einer Anwendungspalette, die vom Automobilbau bis zur Medizintechnik reicht, fehlt es an multidisziplinären Simulationslösungen.

Simuliert wird immer: Egal ob die Ingenieure Raketentriebwerke, Auspuffanlagen, Brücken, Herzklappen oder Druckventile entwickeln, immer werden erst einmal numerische Gleichungen erstellt. Doch bei den Berechnungen prallen Simulations-Welten aufeinander. Die Ingenieure nutzen Gleichungen aus verschiedenen physikalischen Disziplinen, um zu ermitteln, welchen verschiedenen Einflüsse Brennkammern, Bauwerke oder Ventile standhalten müssen. Meist geht es um Strömungen von Gasen oder Flüssigkeiten auf der einen und mechanische Kräfte auf der anderen Seite. Für eine Mehrzahl der Probleme existieren bewährte numerische Simulationscodes. Doch diese bilden nur einen Teil der Wirklichkeit ab: Denn auf eine Struktur wirken verschiedenen Kräfte, die sich in der Regel gegenseitig beeinflussen. So ermittelt beispielsweise ein Code, welche Spannungen in einer Brücke bei Belastung auftreten und wie sie sich dadurch verformt. Ein anderer Code bestimmt, wie die Verformungen Wind- oder Wasserströmungen beeinflussen, die wiederum auf Unterbau, Pfeiler und Tragwerk der Brücke drücken.

„Code-Koppelung“ heißt das Zauberwort. Die Code-Koppelung verhindert, dass man für jeden Anwendungsfall neue Simulationscodes entwickeln oder in mühsamer Kleinarbeit bei jedem Iterationsschritt Datenberge zwischen den einzelnen Programmen hin und herschaufeln muss. Mehrere Codes zu koppeln spart kaum Zeit: „Die Vorbereitungen dauern länger, weil die Zusammenhänge komplexer sind. Dafür wird die Lösungsqualität deutlich besser“, weiß Klaus Wolf vom Fraunhofer-Institut für Algorithmen und wissenschaftliches Rechnen SCAI. Zusammen mit seinem Team arbeitet er seit mehreren Jahren an einer herstellerübergreifenden Koppelungssoftware für numerische Simulationen. In der neuen Version 3.05 verbindet MpCCI – die Abkürzung für Mesh-based parallel Code Coupling Interface – neun weit verbreitete, kommerzielle Codes sowie ein knappes Dutzend In-House-Lösungen und Entwicklungen von Universitäten und Forschungsinstituten. Den Löwenanteil stellen Fluid- und strukturmechanische Codes, ein spezielles Tool für die Strahlungssimulation sowie ein bekannter Code für elektro-magnetische Applikationen. „Auf unserer Wunschliste stehen noch fünf bis zehn weitere kommerzielle Codes, mit denen wir dann den Markt zu 80 bis 90 Prozent abgedeckt hätten,“ berichtet Produktmanager Klaus Wolf.