Eine technische Berechnung ist die Nachbildung einer bestimmten Realität für unterschiedliche Zwecke. Man kennt technische Simulationen aus verschiedenen Bereichen. Beispielsweise aus dem Unterricht – einen Patientensimulator sowie den Flugsimulator zur Ausbildung angehender Piloten. Zudem nutzt häufig die Unterhaltungsbranche Simulationen, zum Beispiel einen Zugsimulator oder Fahrsimulator für ein realitätsnahes Gaming- Erlebnis. Darüber hinaus gibt es auch Simulationen für eine Systemanalyse, die für eine theoretische oder formelhafte Verarbeitung zu kompliziert ist. Im Maschinenbau oder anderen ähnlichen Branchen werden technische Simulationen aber zur visuellen Abbildung in computergestützten Systemen genutzt um beispielsweise Prototypen zu konstruieren und zu berechnen.
Begrifflichkeit der technischen Simulation
Mit dem Modell in einer Simulation visualisiert man ein reales System. Die Modellierung umfasst zum einen das zu modellierende System und zum anderen die Realisierung des Simulators als Simulationsmodell. Letzteres ist die Abstraktion des Modellierungssystems (Verhalten, Funktion, Struktur). Ein Simulationsprozess mit einem bestimmten Wert (Parametrierung) bezeichnet man als Simulationsexperiment.
Die Ergebnisse werden interpretiert und zur Simulation an das System weitergegeben.
Ablauf der Simulation
Üblicherweise simuliert man die Belastungsfälle auf Basis von 3-D-Modellen der Bauteile mit der entsprechender Software. Das resultierende (z.B. mechanische) Verhalten ist dadurch direkt am Computer visualisierbar. Notwendige Korrekturen an der Geometrie oder der Materialauswahl können dementsprechend auch noch in dieser konzeptionellen und somit günstigeren Frühphase am PC vorgenommen werden. Auf diese Weise werden sowohl die Herstellung des Bauteils als auch die Durchführung von Experimenten zuerst nur simuliert. Wenn die Entwicklung des Bauteils beendet ist und alle möglichen Zweifel ausgeräumt sind, kann meist guten Gewissens die reale Herstellung des Prototypen begonnen werden.
Modellierungsmethoden und Anwendungsgebiete
Modellierungsmethoden nutzt man zur Lösung vieler Probleme in der Praxis. Bekannte Anwendungsgebiete der Modellierung sind zum Beispiel Wetter-, Verkehrs- und Klimamodellierung und Capacity Development oder Teamwork (Crew Resource Management, Crisis Resource Management CRM). In die technische Berechnung gehört ebenso Behandlung aus der Realität ausgewählter Phänomene wie Thermodynamik, theoretische Elektrotechnik sowie technische Mechanik.
Schwierige technische Produkte verlangen komplexe Betrachtungen unter Berücksichtigung des Zusammenspiels aller Teilsysteme. Je nach Nutzen des zu erstellenden Gesamtmodells werden unterschiedliche Phänomene inklusive ihrer Wechselwirkungen in die Simulation mit einbezogen (zum Beispiel – Elektromagnetmodelle mit thermischen, magnetischen, elektrischen und geometrischen Phänomenen). In der Literatur wird auch die Modellierung von nicht gleichförmigen Systemen diskutiert.
Als Grundlage der für die mathematische Modellierung erforderlichen „Gesamtsystemmodellierung“ eignet sich derzeit vor allem wegen der Rechenzeit nur die differentiell-algebraischen Gleichungen. Der Inhalt beschränkt sich daher für Modellierungen von Gesamtsystemen im Wesentlichen auf diesen Modelltyp.
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