Auswertung
Aus ESOCAETWIKIPLUS
engl: analyzing, postprocessing Kategorie: 
Level 1
Die Auswertung der Simulationsergebnisse ist nach der Lösung einer Simulations-Berechnung die Auswahl und die Darstellung der Ergebnisse einer Analyse.
Simulation
Die Ziele der Auswertung sind
- die Prüfung auf mögliche Eingabefehler,
- die Prüfung auf Plausibilität,
- die Prüfung des Gleichgewichtes,
- die Kontrolle der Konvergenz und
- die Darstellung der gesuchten Ergebnisgrößen.
Prüfung auf mögliche Eingabefehler
Die Prüfung auf mögliche Eingabefehler sollte zum Beispiel abdecken:
- Kräfte prüfen: die Summe der berechneten Kräfte und Momente an den Auflagern (berechnete Reaktionskräfte und-momente an den Positonen der Lagerungen) muss gleich der Summe der äußeren Kräfte und Momente (Eingabe der Lasten) sein. Dies betrifft analog die Wärmeströme beim Temperaturfeld. Diese Prüfung zeigt schnell, ob bei der Eingabe der Lasten Fehler gemacht wurden.
- Ansehen: sind die Änderungen der Ergebniswerte innerhalb eines Elementes oder von einem Element zum Nachbar-Element groß? Dann ist die Vernetzung fragwürdig.
Prüfung auf Plausibilität
Bei der Prüfung auf Plausibilität werden die Ergebnisse mit den zu erwartenden Ergebnissen verglichen:
- Ansehen: liegen die Verschiebungen, Verformungen, Temperaturen,.. im erwarteten Bereich?
- Ansehen: ist die Verteilung der Werte plausibel?
- Nachrechnen (verifizieren): entsprechen die Verschiebungen, Spannungen, Temperaturen in ungestörten Bereichen einer Handrechnung?
Jede Unstimmigkeit oder Fragwürdigkeit sollte zum Anlass genommen werden, die Analyse und die Eingabedaten im Detail auf mögliche Fehler zu prüfen. Man glaubt gar nicht, was erst bei einem kritischen und skeptischen Blick auf die Ergebnisse für Fehler erkennbar wurden!
Prüfung des Gleichgewichtes
Bei der Prüfung des Gleichgewichtes werden Auflagerreaktionen, Reaktionskräfte, Reaktionsmomente mit den vorgegebenen Lasten verglichen. Die Algorithmen der Lösung gewährleisten die numerisch korrekte Berechnung des Gleichgewichtes, aber durch die Kontrolle sind Eingabefehler oder Fehler der Idealisierung deutlich erkennbar.
Kontrolle der Konvergenz
Die Kontrolle der Konvergenz soll gewährleisten, dass der Diskretisierungsfehler unbedeutend ist.
Darstellung der gesuchten Ergebnisgrößen
Die Darstellung der Ergebniswerte der Analyse im Rahmen der Auswertung ist die Grundlage für die Bewertung der Ergebnisse.
Zusammenhang
Nach der
- der Idealisierung,
- der Diskretisierung und
- der Lösung erfolgt
- die Auswertung.
Die Auswertung ist die Voraussetzung für
- die Bewertung.
Beispiel
Rechts ist eine Halteschlaufe dargestellt. Sie war bereits bei der Idealisierung und der Diskretisierung vorgestellt worden. An der Wand ist sie perfekt befestigt. An der Bohrung wirkt eine Kraft. Für die Simulation wird die Finite-Elemente-Methode verwendet. Die Diskretisierung für das mechanische Verhalten erfolgte mit Volumen-Elementen.
Bei der Auswertung werden zunächst die Ergebniswerte der Freiheitsgrade an den Knoten - die Verschiebungen - betrachtet. Hier im mittleren Teilbild sind die Verschiebungen farbig markiert: blaue Bereiche verschieben sich nicht oder nur wenig (dort ist die Halteschlaufe festgehalten), rote Bereiche verschieben sich maximal (dort zeigt sich die Wirkung der Kraft).
Außerdem werden die Spannungen in der Halteschlaufe ausgewertet. Genau genommen sind es die Vergleichsspannungen in den Elementen, abgeleitet aus den Dehnungen. Hier im rechten Teilbild sind die Spannungen farbig markiert: in den blauen Bereiche sind die Spannungen gering, in den roten Bereichen kann es gefährlich werden.
Die Verschiebungen und Spannungen liegen im erwarteten Bereich. Die Verteilung der Werte ist plausibel.
Mit der Darstellung der Vergleichsspannungen kann eine Bewertung der Ergebnisse stattfinden. Dann wird der Maximalwert der Spannung in der Rundung daraufhin untersucht, ob ein Versagen durch Gewaltbruch und Ermüdungsbruch ausgeschlossen werden kann.
Tips und Tricks
Bei der Darstellung von Simulationsergebnissen der Strukturmechanik werden oft die Verschiebungen des Modells automatisch so skaliert, dass sie grafisch gut erkennbar sind. Das ist manchmal ungünstig, denn
- wenn die Verschiebungen klein sind, kann die automatisch vergrößerte Darstellung überraschen ("so eine enorme Verschiebung kann doch gar nicht sein!") oder
- wenn die Verschiebungen groß sind, kann die automatisch reduzierte Darstellung irritieren ("warum gibt es keine Verschiebungen?").
Es wird empfohlen, zunächst die Ergebnisse ohne Skalierung (true scale) darstellen zu lassen.
Kommunikation von Simulations-Ergebnisdaten: 3D-pdf
Moderne Darstellungs-Möglichkeiten wie 3D-pdf-Daten sind nützlich und wichtig, um effektiv die Simulations-Ergebnisse mit Auftraggebern, Kollegen oder Kunden zu kommunizieren. Probieren Sie diese Möglichkeit, indem Sie die hier hinterlegte pdf-Datei öffnen. Wenn Sie hier diese Textzeile anklicken, erhalten ein Bild wie rechts in der Abbildung gezeigt. Zusätzlich kann mit den Maustasten das Modell räumlich gedreht und manipuliert werden. Die beteiligten Software-Möglichkeiten sind weitverbreitet, so dass keine besonderen Vorbereitungen für Installationen oder Lizensierungen erforderlich sind.
Sonstige Begriffe
Oftmals werden Dehnungsmessstreifen für die Validierung von FEM-Simulationen verwendet. Das FEM-Modell kann mit Stab-Elementen darauf vorbereitet werden, so dass bei der Auswertung der direkte Vergleich mit den Messwerten des Experimentes vereinfacht wird.
Selbststudium
Einfaches Beispiel der Strukturmechanik
Für ein einfaches Beispiel der Strukturmechanik wird hier die Auswertung der Aufgabenstellung mit Zahlenwerten gezeigt (1 Seite, 10 min).
Weiterführende Informationen
Ein weiterführendes Seminar speziell hierzu finden Sie unter "Wissen" auf der Homepage von CADFEM.
