Die integrierte Lösung zur Simulation der Funktionalität

Die Version Rev. 9 der Software Virtual.Lab ist seit November 2009 verfügbar. Auf dieser Seite informiert Novicos über einige ausgewählte Neufunktionalitäten, die im Virtual.Lab Acoustics Rev. 9 enthalten sind und die Möglichkeiten der akustischen und der vibro-akustischen Simulationen erweitern.

Die hier vorgestellten Berechnungsroutinen wurden von Novicos in Testmodellen und in hierfür geeigneten Industrieprojekten verwendet. Novicos vertreibt im Auftrag von LMS das Programm Virtual.Lab und betreut dann die Programmanwender.

Neue Algorithmen der Akustik-FEM

Perfectly Matched Layer (PML): Viele Aufgaben der Akustik werden in Frei- bzw. Halbräumen gestellt. Die Finite-Elemente-Methode kann in solchen Fällen nur dann eingesetzt werden, wenn das FE-Berechnungsmodell am Rande des konventionell mit einzelnen Elementen diskretisierten Gebietes geschickt ergänzt wird. Die halbunendlichen Elemente der IFEM sind eine solche Ergänzung, die seit längerem bekannt ist und bereits in früheren Versionen von Virtual.Lab verfügbar war. Eine neue Entwicklung auf diesem Gebiet stellt die PML-Technik dar, die in einer besonders effizienten Form in das Virtual.Lab Rev.9 implementiert wurde. In einem Simulationsmodell mit PML wird das mit den üblichen finiten Elementen diskretisierte Berechnungsgebiet um eine dämpfende Schicht, den PML-Rand, erweitert. Seine Parameter werden automatisch so eingestellt, dass Schallwellen, die aus dem FE-Gebiet in den PML-Rand ungehindert eintreten können, dort vollkommen absorbiert werden. Die Verwendung der halbunendlichen Elemente erübrigt sich, was in vielen Fällen im schnellerer Modellaufbereitung und -berechnung resultiert.

Domain Decomposition: Mit dem neuen Gebietszerlegungsverfahren wird ein robuster Algorithmus zur Verfügung gestellt, der direkte Simulationen von Schallfeldern mit der Finite-Elemente-Methode erheblich beschleunigt. Dies macht sich insbesondere bei umfangreichen FE-Modellen bemerkbar, die auch einige Millionen Knoten enthalten können. Das Rechengebiet wird entsprechend den Anwendervorgaben aufgeteilt. In den Teilgebieten wird dann das jeweilige Teilergebnis separat ermittelt. Durch eine Anpassung der Teillösungen entlang der Teilungsgrenzen des Gesamtnetzes wird die Konsistenz der Gesamtlösung sichergestellt. Eine Verkürzung der Rechenzeit wird erreicht, indem die rechenzeitintensive FEM-Berechnung nicht mit dem Gesamtnetz, sondern mit den verhältnismäßig kleinen Teilnetzen erfolgt.

Neuer Solver: Ein neuer iterativer Solver erlaubt es, Simulationen mit FE-Modellen effizient durchzuführen, die sogar zehn Millionen und mehr Knoten enthalten können. Die hier durchgeführten Berechnungen erfolgten auf einer Workstation mittlerer Leistungsstufe, so dass mit genauer und schneller Lösung von sogar größeren Modellen zu rechnen ist, wenn leistungsstärkere Computer zum Einsatz kommen. Der Solver basiert auf der Krylow-Unterraummethode, die insbesondere durch die gewählte Vorkonditionierung zu zufriedenstellender Lösung in den allermeisten Fällen nach wenigen Iterationsschritten führt. Der neue Solver kann zur Berechnung von sowohl konventionellen FEM-Modellen als auch bei IFEM- und PML-Simulationen benutzt werden. Er ist bei rein akustischen als auch bei vibro-akustischen Aufgaben anwendbar.

Neue Algorithmen der Akustik-BEM

BEM im Zeitbereich: Eine Vielzahl akustischer Phänomene kann am besten direkt im Zeitbereich untersucht werden. Zum Beispiel solche Aufgaben, in denen der Schall durch einen Stoß hervorgerufen wird (z.B. beim Türzuschlag , Relais-Umschaltung, etc.), stellen eine große Gruppe derartiger Problemstellungen dar. Als Ergänzung zu der in Virtual.Lab bereits seit längerem verfügbaren Formulierung der FEM wird nun auch die BEM im Zeitbereich angewandt werden können. Hierdurch lassen sich die charakteristischen BEM-Vorteile zukünftig im Frequenz- und im Zeitbereich nutzen.