Die Grenzen des Machbaren überschreiten
Innovationen verschieben immer die Grenzen des Machbaren oder Denkbaren. Multiphysics, also die multidisziplinäre Simulation über mehrere Teilgebiete der Physik hinweg, kann Innovationen und Visionen vorantreiben. Denn Multiphysics beantwortet disziplinübergreifende Fragen, wie zum Beispiel des optischen Verhaltens einer Linsenanordnung unter dem Einfluss von thermischen Dehnungen aufgrund von elektrischen Wärmequellen, Sonneneinstrahlung oder mechanischen Erschütterungen. Das bietet neue Ansätze, Ideen und Lösungen.
Eine Simulation ist nichts anderes als ein Modell, das mit der Realität, also der Physik, abgeglichen ist. Diese digitale Abbildung der Realität erlaubt es, Konstruktionen zu untersuchen, zu verbessern, Schäden zu analysieren oder Abnutzungen vorherzusagen. Das wird mit üblichen Simulationsberechnungen im Bereich der Strukturmechanik (FEM) oder der Strömungsanalyse (CFD) erreicht. Diese Teildisziplinen der Physik beeinflussen sich aber gegenseitig. Eine Druckverteilung aus einer Strömungsanalyse führt zu mechanischen Verformungen, die wieder das Strömungsfeld beeinflussen, da sich beispielsweise die Form eines Strömungskanals ändert. Multiphysics ist in der Lage, diese gegenseitige Beeinflussung zu analysieren und in die Betrachtung mit einzubeziehen.
Möglichkeiten mit Multiphysics
Mit Multiphysics können komplexe Systeme interdisziplinär digital analysiert werden. Durch die Simulation der Wechselwirkungen zwischen Thermodynamik, Strukturmechanik, Strömungsmechanik, Dynamik, Akustik, Optik oder Elektromagnetismus lassen sich so beispielsweise gezielt neue Werkstoffe mit einem gewünschten Verhalten designen. In der Biomedizin können realistische Modelle des menschlichen Körpers, die mechanische und thermische Eigenschaften integrieren, zur Entwicklung fortschrittlicher medizinischer Implantate und Prothesen führen, die Merkle CAE Solutions so bereits umgesetzt haben. In der Automobilindustrie können Simulationen aerodynamische, thermische und strukturelle Aspekte kombinieren und zur Entwicklung effizienterer und sichererer Fahrzeuge beitragen. Umweltwissenschaftler können Multiphysics einsetzen, um die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf Ökosysteme zu modellieren und nachhaltige Lösungen zu entwickeln, die Klima, Wasserressourcen und Biodiversität berücksichtigen.
Der Weg zur Produkt-Vision
Eine Vision ist nichts anderes als eine Vorstellung, ein Bild in Bezug auf die Zukunft. Visionen zu kreieren ist eine Frage der Phantasie. „Der Einsatz von Multiphysics wird nie den Grundgedanken einer Vision entwickeln. Das ist menschliches Wirken. Aber multiphysikalische Simulationen bieten die Möglichkeit, genauere oder auch neue Wege zu finden. Indem man Ansätze findet, die ohne Simulation verborgen geblieben oder nicht erklärbar wären“, so Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Geschäftsführender Gesellschafter der Merke CAE Solutions GmbH. „Indem kombinierte Effekte aus unterschiedlichen Disziplinen sichtbar werden, können eventuelle Probleme erkannt und mögliche Lösungen aufgezeigt werden. Neue Lösungen zu finden, eröffnet neue Visionen. Mit Sicherheit aber bieten Multiphysics Anregungen und Inspirationen. Und Fakten, die den Weg zur Vision erleuchten.“
Das Neue an Multiphysics
Multiphysics in der Simulationsberechnung ist nicht neu. Neu ist, dass die mittlerweile vorhandenen Rechnerkapazitäten auch gekoppelte Simulationen über mehrere physikalische Disziplinen ermöglichen, die früher undenkbar waren. Auch das Know-how beim kombinierten Ansatz von Multiphysics in der Simulation, in Verbindung mit dem Einsatz von KI, eröffnet immer mehr Anwendungsmöglichkeiten.
Jene Unternehmen, welche Simulationen bereits früh in der Entwicklung, gegebenenfalls bereits in der Modellierung neuer Produkte oder Innovationsgedanken einsetzen, werden ihre Vorteile weiter ausbauen können.
