Was ist eine CAE-Software?
Eine CAE-Software ist eine Software, die einen PC oder Supercomputer verwendet, um Luftströmungen, Wärmeübertragung und Spannungen in Strukturen zu berechnen.
Die meisten CAE-Software-Programme sind kostenpflichtig, aber es gibt auch eine Reihe kostenloser Programme z. B. OpenFAOM für die Flüssigkeitsanalyse und Abaqus für die Spannungsanalyse. CAE-Software-Programme werden oft als Alternative zum Bau und zur Prüfung von Versuchsanlagen und Strukturen eingesetzt.
Kostengünstige CAE-Software wird verwendet, weil es schwierig sein kann, Versuchsanlagen und große Strukturen als Prototypen zu bauen.
Anwendungen von CAE-Software
CAE-Software wird hauptsächlich im Produktentwicklungsprozess eingesetzt und ist in der verarbeitenden Industrie weit verbreitet, z. B. in der Automobilindustrie. Mit CAE-Software können Prototypen gebaut und die Leistung des Produkts ohne Tests bewertet werden.
Dies hat den Vorteil, dass die Entwicklungszeiten verkürzt und die Kosten für Prototypen gesenkt werden. CAE-Software wird auch in der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen als Alternative zu Experimenten an großen Strukturen und in speziellen Umgebungen eingesetzt. Wenn beispielsweise die Luftströmung um einen Flugzeugflügel untersucht werden soll, müssen ein verkleinertes Modell gebaut und Experimente durchgeführt werden, was kostspielig und zeitaufwendig ist.
Mit CAE-Software ist es jedoch möglich, am Computer detailliertere Windgeschwindigkeits- und Druckverteilungen zu erhalten als mit Experimenten. Diese detaillierteren Daten können zur Klärung der Ursachen von Defekten beitragen und sind sehr praktisch.
Funktionsweise der CAE-Software
CAE-Software kann verschiedene physikalische Phänomene auf einem Computer durch Lösen von Gleichungen auf einem PC oder einer Workstation nachbilden. Die Simulationen von RIKEN zum Beispiel sind das Ergebnis der Reproduktion des Phänomens der spritzenden Tröpfchen.
Die Simulation beginnt mit der Erstellung von CAD-Daten. Nach einer vorbereitenden Phase (Pre-Processing) wie z. B. der Partitionierung der Elemente und der Festlegung der Randbedingungen und physikalischen Eigenschaften wird die Simulation durchgeführt (Post-Processing), bei der die Gleichungen berechnet werden. Nach der Simulation werden die Ergebnisse visualisiert und ausgewertet.
Manche Software ist auf das Pre-Processing spezialisiert, z. B. auf die Partitionierung der Elemente, während andere auf die Visualisierung der Ergebnisse nach dem Post-Processing spezialisiert sind. Die meisten CAE-Programme kombinieren Pre-Processing und Post-Processing, während CAE-Programme im Allgemeinen Programme sind, die Gleichungen berechnen, d. h. Programme, die nur das Post-Processing durchführen.
CAE-Software verwendet eine Technik, die Diskretisierung genannt wird und bei der die Elemente so unterteilt werden, dass die Gleichungen des betrachteten Fluids oder der betrachteten Struktur leicht zu lösen sind. In den meisten Fällen handelt es sich bei den von CAE-Software gelösten Gleichungen um partielle Differentialgleichungen. Partielle Differentialgleichungen sind oft nicht lösbar, so dass Berechnungen am Computer durchgeführt werden, um Näherungslösungen zu finden. Nach der Diskretisierung besteht die Hauptaufgabe von CAE-Software darin, Näherungslösungen mit dem Computer zu finden.
Weitere Informationen zu CAE-Software
1. Diskretisierung von CAE-Software
Zur Diskretisierung von Räumen und Strukturen werden bekannte Diskretisierungsmethoden wie die Differenzmethode und die Methode der finiten Elemente verwendet. Für die Simulation von zeitlich veränderlichen Phänomenen werden implizite und explizite Methoden verwendet.
Die große Vielfalt der Methoden in der CAE-Software bedeutet, dass für jede Simulation je nach dem zu simulierenden Phänomen die am besten geeignete Methode und die entsprechenden Bedingungen festgelegt werden müssen.
2. Simulationssoftware in CAE-Software
CAE-Software umfasst eine große Vielfalt an Simulationssoftware. Typische Beispiele sind Software für die Thermo-Fluid-Analyse, Software für die Strukturanalyse und Software für die Analyse elektromagnetischer Felder.
Thermo-Fluid-Analyse-Software
Thermofluid-Analysesoftware ist eine Software, die thermische Flüssigkeiten analysieren kann, indem sie einen Computer verwendet, um Gleichungen zu lösen, die die Flüssigkeitsströmung und die Wärmeübertragung modellieren, und diese durch Simulation ausdrückt.
Software für die Strukturanalyse
Strukturanalysesoftware ist eine Software, die Simulationen verwendet, um physikalische Größen zu analysieren, die sich ändern, wenn Lasten auf das Analyseobjekt einwirken. Die Finite-Elemente-Methode und andere Methoden werden häufig in Strukturanalysesoftware verwendet.
Software zur Analyse elektromagnetischer Felder
Software für die Analyse elektromagnetischer Felder wird verwendet, um zu untersuchen, wie elektromagnetische Wellen und magnetische Kräfte auf Objekte wirken. Sie wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, u. a. in der Automobilindustrie, der Raumfahrt und der Verteidigung.