Aufwändig und kostspielig: Die Suche nach den richtigen Materialdaten für die Simulation

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Sie kann aufwändig und kostspielig sein – die Suche nach den richtigen Materialdaten für die Simulation. Generische Materialdatensätze und bei Bedarf ein Materialdaten-Management können weiterhelfen. Von Anthony Dawson

Entwickler benötigen die richtigen Materialdaten für Simulation. Simulation kann in der Produktentwicklung unglaubliche Dinge bewirken, denn ihre Modelle können Produkte verfeinern und validieren. Sie stellen sicher, dass sie produzierbar, haltbar beziehungsweise nachhaltig sind. Auch andere Faktoren im Produktlebenszyklus lassen sich damit beeinflussen und optimieren. Jedoch nur, wenn Produktentwickler Zugang zu genauen Material-Eigenschaften haben und sich ihrer Herkunft sicher sein können – zum Beispiel durch die Rückverfolgbarkeit bis hin zu den ursprünglichen Testdaten.

Ohne validierte und konsistente Materialdaten kommt es bei der Simulation zu Konstruktionsfehlern und in der Folge zu Entwicklungsverzögerungen sowie erhöhten Kosten. Doch es gibt Lösungen.

Allerdings benötigen Unternehmen unterschiedlicher Größe und Ausrichtung auch unterschiedliche Ansätze, um benötigte Materialdaten schnell zu finden. Ein guter Ausgangspunkt ist ein hochwertiger Satz zuverlässiger, leicht zugänglicher Daten, die für viele Simulationen gültig sind.

Helfen kann beispielsweise Granta Materials Data for Simulation. Die Ansys-Tochter Granta Design ist eine Ausgründung der Universität Cambridge und stellt mit dieser Lösung validierte Materialdaten in den Simulationstools von Ansys zur Verfügung. Zudem hat das Unternehmen mit Granta Material Intelligence (MI) ein Werkstoffinformations-Managementsystem im Portfolio, mit dem Anwender ihre internen, firmeneigenen Materialdaten zusammen mit tiefergehenden Referenzinformationen zusammenführen können. Solche Lösungen nutzen insbesondere große Unternehmen, um ihren Wissensschatz zu sichern.

Validierte Materialdaten für Simulation auf Knopfdruck

Die Materials Data for Simulation sind ein Datensatz mit über 700 Materialien: Metalle, Kunststoffe, Polymere, Verbundwerkstoffe, magnetische Materialien, Keramiken und mehr. Die Eigenschaften hat Granta so ausgewählt, dass sie Simulationen mit Ansys-Software unterstützen.

Dabei integriert sich dieser Ansatz in die Ansys-Lösungen Mechanical und Electronics Desktop, so dass Ingenieure sowohl strukturelle als auch elektromagnetische Fragestellungen mit konsistenten, validierten Materialdaten analysieren können.

Dabei sind für alle der über 700 Materialien mindestens folgende Materialeigenschaften bei Raumtemperatur verfügbar: Die lineare, isotrope Elastizität (Elastizitätsmodul und Poissonzahl), der thermische Ausdehnungskoeffizient sowie die Wärmeleitfähigkeit und die spezifische Wärmekapazität.

Wenn relevant, finden Anwender auch elektrische und magnetische Eigenschaften für viele der Materialien wie die elektrische Leitfähigkeit, die Dielektrizitätskonstante, den Verlustfaktor, die magnetische Koerzitivfeldstärke und die Permeabilität, den Kernverlust sowie B-H-Kurven.

Wo die Daten herkommen

Ansys trägt diese Daten zusammen und pflegt sie. Sie basieren auf bewährten Quellen, wie zum Beispiel der Granta-Material-Universe-Datenbank und einem Simulationsdatensatz des Unternehmens Jahm Software. Dabei repräsentiert jedes Datenblatt einen generischen Materialtyp und nicht etwa ein spezifisches Produkt eines Materialherstellers. Das bedeutet, dass jeder Datensatz repräsentative Werte für die Eigenschaften liefert, die von den verfügbaren Materialtypen angeboten werden. Dadurch werden die frühen Phasen der Konstruktion unterstützt und eine weitreichende Referenzquelle bereitgestellt, die die Simulation begünstigt, um schnell zu zuverlässigen Ergebnissen zu kommen.

Die Lösung Granta Selector ermöglicht den Zugriff auf die komplette Bibliothek mit den Referenzdaten, einschließlich reichhaltiger Quellen mit sortenspezifischen Daten für Metalle und Polymere. Diese Software bringt Werkzeuge mit, um die generischen Daten zu analysieren und sie zur Verwendung in der Simulation zu exportieren.

Eigene Materialdaten für Simulation ergänzen

Unternehmen sollten sich zwei Fragen stellen, um das beste Vorgehen für sich zu identifizieren. Zunächst sollten sie sich fragen, welche weiteren Quellen zur Verfügung stehen, um die bereitgestellten generischen Daten zu ergänzen.

Danach, und das ist die strategische Frage: Wie kann sichergestellt werden, dass das Unternehmen seine Werkstoffdaten optimal nutzt? Diese Frage ist besonders relevant, wenn intern Testdaten analysiert werden, um eigene Werkstoffmodelle zu erstellen. Hier kann die Software Granta MI helfen.

Damit können Unternehmen eigene Materialdaten innerhalb der Bibliothek verwalten und diese erweitern, um eine einzige Quelle für Materialdaten zu schaffen. Zum Beispiel können sie damit alle Testdaten erfassen und analysieren, um Eingaben für die Simulationen zu generieren sowie die Eingabedaten über eine Anwendung innerhalb von Ansys Workbench zur Verfügung zu stellen. Dabei wird sichergestellt, dass alle Informationen im Sinne einer vollständigen Rückverfolgbarkeit verknüpft bleiben. MI bildet damit eine umfassende Lösung für Materialintelligenz im Unternehmen.

Fazit

Der Einsatz von generischen Materialdatensätzen direkt in der Simulationssoftware kann Kosten senken, Risiken minimieren und Markteinführungszeiten verkürzen. Unternehmen, die eigene Materialdaten intern generieren, sollten zusätzlich über ein Managementsystem für Materialinformationen wie Granta MI nachdenken, um die konsistente und sichere Verwaltung des gesamten Lebenszyklus simulationsbezogener Daten zu gewährleisten.

Anthony Dawson ist Senior Director Product Operations & General Manager Materials bei Ansys.

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