Glaubwürdigkeit

Aus ESOCAETWIKIPLUS

engl: stress          Kategorie: Level 1 Methoden Praxis

Die Glaubwürdigkeit einer Simulation im technisch-wissenschaftlichen Bereich ist durch den Anwender und die verwendeten Werkzeuge und Hilfsmittel bestimmt.

Der Einfluss des Anwenders ist durch die Kenntnisse, das Know-how und die Arbeitsmethoden der Personen gegeben. Hierbei sind die Qualifikation und die Erfahrung maßgebend.

Der Einfluss der verwendeten Werkzeuge und Hilfsmittel betrifft im wesentlichen die Computer-Programme, die angewendet werden. Für viele komplexe Simulationsmethoden sind die Programme so umfangreich, dass sie als "black box" anzusehen sind. Sie werden dann ohne direkten Einblick in die inneren Prozesse und Algorithmen angewendet. Der Anwender vertraut auf die Dokumentation und die darin zugesagten Funktionen des Programms. Eine Absicherung der zugesagten Funktionen des Programms durch eine Anwendung und einen Vergleich mit dem zugesicherten Verhalten wird Verifikation genannt. Eine allgemein anerkannte Zertifizierung von Programmen gibt es nicht.

Wenn der Anwender mit der Simulation beginnt, das Bauteil idealisiert, die Simulation mit einem Computerprogramm vorbereitet und durchführt, dann werden viele Schritte ausgeführt, die einen Einfluss auf das Ergebnis und die Glaubwürdigkeit des Ergebnisses haben. Diese Schritte sind beabsichtigt oder in Kauf genommen oder unbeabsichtigt. Auch wenn dabei oft von Fehlern gesprochen wird, so sind es vielfach Annahmen, Unschärfen oder Vereinfachungen, die die Genauigkeit der Simulation beeinflussen.

Eine Absicherung des Simulationsmodells und der Ergebnisse der Simulation durch einen Vergleich mit der Realität oder mi einem Experiment wird Validierung genannt.

Es muss immer wieder hervorgehoben werden: Eine Simulation ist eine Näherung, also eine Approximation der Realität und damit niemals exakt.

Beispiel

Ein typisches Beispiel, bei dem die Glaubwürdigkeit der Simulation auf dem Prüfstand steht, ist der folgende Vorgang.

Ein Maschinenhersteller führt in der Konstruktion Simulations-Methoden ein. Es wird ein bewährtes Maschinenteil ausgesucht und die Aufgabe gestellt: "Simulieren Sie das doch mal eben!" Aus den CAD-Daten wird ein FEM-Modell erzeugt, die Randbedingungen und Lasten aufgebracht und der Knopf für die Lösung angeklickt. Als Ergebnis erscheinen die Spannungen auf dem Bildschirm. Die Praktiker und erfahrenen Konstrukteure rufen aus: "Das kann ja gar nicht sein!" Was ist dann zu antworten?

Meistens wird übersehen, dass die Simulation das Bauteil mit Details und Rundungen abbildet. Die Spannungen entsprechen den lokalen Spannungen, die man auch mit Dehnmessstreifen im Versuch messen würde. Sie entsprechen aber im allgemeinen nicht den Nennspannungen, die der Konstrukteur als Berechnungsgröße für die Auslegung verwendet.

Die Spannungen werden meistens bei der Simulation mit linear-elastischen Materialdaten berechnet. Diese Annahme trifft an Details und Rundungen oft nicht mehr zu, die Spannungen werden überschätzt.

In diesem Beispiel wird also durch die Eigenschaften der Simulationsmethode und die Annahmen bei der Idealisierung die Glaubwürdigkeit infrage gestellt. Beim näheren Hinsehen ist der Zweifel jedoch unbegründet.