Zeitbereich
Aus ESOCAETWIKIPLUS
engl: time domain Kategorie: 
Level 2 Theorie
Allgemeine Informationen wie bei wikipedia:Zeitbereich betreffen nicht direkt den Bereich der CAE-Simulationen.
Inhaltsverzeichnis |
Simulation
Eine Simulation im Zeitbereich berechnet das Verhalten eines Bauteils im zeitlichen Verlauf. Eine solche Simulation wird auch als Zeitverlauf-Simulation oder Zeit-Integration bezeichnet.
Für einige physikalische Bereiche (z.B. Temperaturfelder, elektrische Felder, ..) muss ein zeitlicher Verlauf im Zeitbereich simuliert werden. Dies ergibt sich aus dem Typ der zugrunde liegenden Differentialgleichungen.
In der Strukturdynamik ergibt sich durch die Anteile der Bewegungsgleichung, dass die Lösung aus harmonischen und exponentiell abklingenden Anteilen zusammengesetzt ist. Damit kann die Lösung im Zeitbereich oder im Frequenzbereich erfolgen. Aufwändige und umfassende Berechnungen verfolgen die dynamische Bewegung über den Ablauf der Zeit, sie werden als Zeitverlauf-Simulation oder Zeit-Integration bezeichnet. Es gibt jedoch auch eine Vielzahl von technischen Anwendungen, bei denen diese Vorgehensweise nicht sinnvoll ist und statt dessen nur die Frequenzen untersucht werden. Die Entscheidung ist wesentlich von der Last und dem technischen Einsatz des Bauteils abhängig.
Bei der Simulation der dynamischen Bewegung im Zeitbereich (englisch: time domain).wird berechnet, welche Zahlenwerte zu einem jeweiligen Zeitpunkt vorliegen. Zum Beispiel bestimmt man, dass bei einem Auto-Crash das Auto sich dem Hindernis nähert, beim Referenz-Zeitpunkt t = 0 ms berührt es das Hindernis zum ersten Mal, beim Zeitpunkt t = 5 ms drückt der Stoßfänger gegen das Blech, bei t = 15 ms berühren sich Blech und Vorderrad und so weiter.
Bei dieser Simulation im Zeitbereich wird aber nicht berechnet, welche Frequenzen auftreten. Das ist bei dem Auto-Crash ja auch nicht wichtig.
Zeitverlaufberechnungen sind in der Regel sehr aufwändig und erzeugen große Ergebnisdatenmengen, sie sind daher in der dynamischen Simulation nicht die erste Wahl. Hochgradig nichtlineare Probleme können jedoch nur im Zeitbereich untersucht werden.
Merke: eine Simulation im Zeitbereich kann für Strukturmechanik, Temperaturfeld, Magnetfeld, CFD u.a. durchgeführt werden. Es ist eine implizite oder explizite Lösung möglich. Jede Art von Nichtlinearitäten ist zulässig.
Typische Anwendungen
Ein typischer Fall für eine Simulation im Zeitbereich ist die Untersuchung eines angenommenen Flugzeugabsturzes auf ein Großbauwerk - etwa ein Kraftwerk. Dabei wird pauschal mit einer typischen Impuls-Last gerechnet, die die üblichen Flugzeugtypen repräsentiert. In dieser Impuls-Last sind viele Sicherheiten enthalten, um die Unwägbarkeiten abzudecken, um welche Flugzeugart es sich handelt, in welchem Winkel es auftrifft, wo es auftrifft. Eine dynamische Berechnung hat hierbei das Ziel, den Anfangsimpuls zu untersuchen, der maßgebend für die Standfestigkeit des Bauwerkes ist. Hierbei sind die maximalen Beanspruchungen zu erwarten, ein Nachschwingen ist nicht interessant. Oft wird auch auf eine ausführliche dynamische Berechnung verzichtet und abdeckend eine statische Last mit einem Lastfaktor von 2 angenommen.
Größenordnungen
Bei Simulationen im Zeitbereich können extrem unterschiedliche Größenordnungen von Zeitabschnitten und -intervallen zugrunde liegen. Davon ist jeweils das geeignete Simulationsverfahren abhängig.
Beispiele von Zeitintervallen für Simulationen im Zeitbereich:
- 103 a (Jahre): Kontinentverschiebung in der Geomechanik
- 103 d (Tage): Kriechen von Werkstoffen des Maschinenbaus
- 102 s: Bewegungen von Mechanismen (MKS)
- 10-1 s: Crash im Fahrzeugbau, Droptest, Falltest
- 10-2 s: Detonation
- 10-4 s: Hypervelocity
Sonstige Begriffe
Die Alternative in der Strukturdynamik zur Berechnung im Zeitbereich ist eine Berechnung im Frequenzbereich.
Weiterführende Informationen
Ein Info-Webinar speziell hierzu finden Sie bei
Dynamik kompakt
