Pressemitteilung von Merkle CAE Solutions GmbH

Wie gekoppelte Strömungs- und Strukturmodelle Entwicklungsrisiken reduzieren

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Steigende Effizienzanforderungen, höhere Leistungsdichten und verkürzte Entwicklungszyklen erhöhen aktuell den Druck auf den Maschinen- und Anlagenbau. Gleichzeitig stoßen klassische Entwicklungs- und Testmethoden zunehmend an Grenzen. Denn viele Probleme entstehen heute nicht mehr an einzelnen Komponenten, sondern im Zusammenspiel physikalischer Effekte. Wer Strömung und Struktur noch getrennt betrachtet, entdeckt kritische Schwachstellen häufig erst im Testbetrieb - oder beim Kunden.


In vielen technischen Systemen beeinflussen sich Strömung und mechanisches Verhalten unmittelbar gegenseitig. Strömungen erzeugen Kräfte, Druckpulsationen oder Schwingungen, die Bauteile verformen oder belasten. Gleichzeitig verändern diese Verformungen wiederum das Strömungsverhalten. Besonders bei hohen Leistungsdichten, dynamischen Lastfällen und energieintensiven Anwendungen steigen die Risiken unerwarteter Wechselwirkungen deutlich. Werden diese Zusammenhänge nicht frühzeitig berücksichtigt, führen sie häufig zu Nacharbeit, erhöhtem Absicherungsaufwand oder ungeplanten Iterationen im Entwicklungsprozess.


"Viele Entwicklungsprobleme entstehen nicht im Versuch - sondern deutlich früher. Sie werden nur zu spät sichtbar", sagt Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, geschäftsführender Gesellschafter der Merkle CAE Solutions GmbH. "Gekoppelte Simulationen helfen, diese Wechselwirkungen frühzeitig zu verstehen und Entwicklungsentscheidungen belastbarer zu machen."


Besonders relevant ist das beispielsweise bei Pumpen, Ventilen, Wärmetauschern oder Rohrleitungssystemen. Druckschwankungen oder instationäre Strömungen können dort Resonanzen, Schwingungen oder unerwartete Lastzustände verursachen. Auch im Anlagenbau, in der Energietechnik oder bei wasserstoffbasierten Systemen steigt die Bedeutung solcher Analysen deutlich. Gerade bei transienten Betriebszuständen reichen klassische Einzelbetrachtungen oft nicht mehr aus.

Bei der Analyse eines strömungsdurchflossenen Gehäuses konnten beispielsweise mittels gekoppelter CFD- und Strukturmechanik-Simulation kritische Resonanzbereiche identifiziert werden, die im Realbetrieb zu erhöhten Schwingungen geführt hätten. Durch gezielte konstruktive Anpassungen ließ sich die Belastung bereits vor dem Bau eines Prototyps deutlich reduzieren. Entwicklungsaufwand und spätere Nacharbeit konnten dadurch deutlich minimiert werden.


Moderne Multiphysics-Ansätze ermöglichen heute die realitätsnahe Abbildung solcher Zusammenhänge - von transienten Strömungsverläufen über thermische Effekte bis hin zu dynamischen Strukturreaktionen. Für Ingenieure bedeutet das vor allem eines: bessere Entscheidungsgrundlagen in frühen Entwicklungsphasen. Kritische Lastfälle werden sichtbar, Varianten können gezielt bewertet und Systeme robuster ausgelegt werden, bevor reale Prototypen entstehen.


Die gekoppelte Betrachtung von Strömung und Struktur entwickelt sich damit vom Spezialthema zum integralen Bestandteil moderner Produktentwicklung. Unternehmen, die diese Wechselwirkungen früh digital absichern, reduzieren Risiken, verbessern die Systemperformance und schaffen die Grundlage für effizientere Entwicklungsprozesse im Maschinen- und Anlagenbau.

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