Die Bedeutung von Hybrid-Mesh und Dual-Phase für die Strömungssimulation

Wie bereits in der Blogartikel Druckguss-Simulationssoftware:Castle von Piq2 behandelt, ist Castle eine von PiQ2 eigens für die Konstruktion und die Strömungssimulation von Kalt- und Warmkammer-Druckgussformen entwickelte Software. Die Spezialisierung der Software auf nur einen produktiven Prozess (den Druckgussprozess) hat es ermöglicht, einige Features zu implementieren, die es dem Programm ermöglichen, dem Anwender sehr realitätsnahe Simulationen zur Verfügung zu stellen. PiQ2 hat sich insbesondere durch zwei Features einen Wettbewerbsvorteil gegenüber den Lösungen der Mehrheit der Wettbewerber gesichert: dem Hybrid-Mesh und der Dual-Phase-Simulation.

In dieser Blogartikel gehen wir auf einige technische Details der beiden Features ein und untersuchen, wie und warum sie sich als Wettbewerbsvorteile bei der Konstruktion von Druckgussformen und der strömungsdynamischen Simulation ihrer Füllung erweisen.

 

Definition und Arten von Netzen für die Strömungssimulation

Definition von Mesh

Ein Netz ist „eine Sammlung von Scheitelpunkten, Kanten und Flächen, die die Form eines polyedrischen Objekts definieren“. In der Computergrafik werden Netze verwendet, um die Formen eines Objekts im Raum zu replizieren und darzustellen, und sie können je nach Form, Abmessungen und unterschiedlichen Konfigurationen der Elemente, aus denen sie bestehen, unterschiedlich sein.

Insbesondere im Bereich der Konstruktion von Druckgussformen und der Strömungssimulation werden Netze verwendet, um die Formen von Komponenten, Giessformen und Zufuhr-, Entlade-, Schmier- und Kühlströmen zu untersuchen und zu bewerten. Aus diesem Grund ist die Form des Netzes und seine Fähigkeit, die Geometrie eines Objekts im Detail darzustellen, entscheidend, um dem Benutzer genaue und lebensechte Renderings zu bieten.

Allerdings kollidiert der gestalterische Anspruch an Detailtreue und Genauigkeit mit der Komplexität der durchzuführenden Ausarbeitungen: Ein hochkomplexes Netz bringt verhältnismäßig höhere Ausarbeitungszeiten mit sich. Aus diesem Grund erfordert die Simulation von Füllströmen und der Druckgussformgestaltung einen Kompromiss zwischen Genauigkeit der grafischen Darstellung, Rechenzeit und Prozessoreinsatz.

PiQ2 hat sich daher mit seiner Suite Castle für eine Lösung entschieden, die diesen Kompromiss optimiert: das Hybrid-Mesh.

 

Das Hybrid-Mesh von PiQ2

Genau die Suche nach einem Kompromiss zwischen Detailbedarf und Rechenzeit hat PiQ2 zur Ausarbeitungstechnologie auf Basis des Hybrid-Meshs geführt. Das Hybrid-Mesh von PiQ2 ermöglicht es, die Feinheit des Netzes nur an den Stellen zu erhöhen, an denen genauere und detailliertere Bewertungen erforderlich sind.

Damit stellt PiQ2 den Konstrukteuren im Gegensatz zu seinen Konkurrenten strukturierte prismatische Innennetze, unstrukturierte Oberflächennetze, grobe Netze für Hohlprofile und feine Netze für dünne und oberflächennahe Profile zur Verfügung. Auf diese Weise ist es dank des Vorhandenseins verschiedener Netze mit unterschiedlichen Verfeinerungsstufen möglich, die Zonen, in denen eine hohe Detailgenauigkeit erzielt werden soll, beliebig zu wählen. Darüber hinaus ermöglicht das Hybrid-Mesh von PiQ2 seinen Benutzern, eine zonenspezifische Verfeinerungsstufe zu definieren, um die Bearbeitungszeiten zu reduzieren und nur die Zonen im Detail zu analysieren, die dies erfordern. Dies ist ein zweites sehr interessantes Merkmal, das einen bedeutenden technologischen Fortschritt impliziert, der Castle einen Wettbewerbsvorteil gegenüber seinen Konkurrenten verschafft.

Zum Thema Rechenzeiten und der Geschwindigkeit, mit der Simulationsergebnisse erzielt werden können, sei jedoch angemerkt, dass es sich bei PiQ2 Castle um eine Multiprozessor-Software handelt, deren Berechnung frei auf die gewünschte Anzahl von Prozessoren verteilt werden kann. So unterscheidet PiQ2, im Gegensatz zur Konkurrenz, nicht zwischen Einzel- und Mehrprozessorlizenzen und lässt seinen Kunden kostenlos die freie Wahl der Anzahl der Prozessoren für die Berechnung zu verwendenden: ein Wettbewerbsvorteil, der zu Freiheit für den Kunden führt.

 

Zweiphasensimulation

Wie zu Beginn dieses Beitrags erwähnt, gibt es zwei innovative Funktionen, die es PiQ2 ermöglichen, sich von der Konkurrenz abzuheben: das Hybrid-Mesh und die Dual-Phase-Simulation. Nachdem wir das Hybrid-Mesh analysiert haben, werden wir nun die Eigenschaften der Dual-Phase-Technologie untersuchen und untersuchen, wie PiQ2 sich einen weiteren Wettbewerbsvorteil gegenüber den von Wettbewerbern angebotenen Lösungen für die Strömungssimulation von Formen sichern kann.

 

Strömungssimulation in herkömmlicher Software

Die Dual-Phase-Simulation ist eine von PiQ2 vorgeschlagene innovative Technologie, die speziell für die Strömungssimulation im Warmkammer- und Kaltkammer-Druckguss optimiert wurde und es ermöglicht, das Verhalten von in die Form eingespritzten Metallen und Luft zu bestimmen. Herkömmliche Simulationssoftwares könnten als „einphasig“ definiert werden: Tatsächlich betrachten sie Luft nicht als echte Flüssigkeit und berücksichtigen nur die Formfüllung mit Metall.

In der Formfüllsimulation können die Netzzellen dieser Software entweder mit Metall gefüllt oder leer sein. Diese Art der Simulation kann daher nicht alle Phänomene berücksichtigen, die während des Druckgussprozesses auftreten und mit dem Luftverhalten in der Form zusammenhängen. Simulationen, die Luft nicht berücksichtigen, können daher die Auswirkungen des Metallspritzens durch Geschwindigkeit und den Aufprall des Fluids auf Luft, die Abkühlung von Metalllegierungen durch die Kollision von Luft und die Flüssigkeitsfront des Metalls sowie die Auswirkungen von Vakuum und Belüftungsöffnungen nicht simulieren.

Ohne Berücksichtigung dieser Aspekte ist es sehr schwierig, genaue Simulationen durchzuführen und vor allem das Auftreten von Fehlern aufgrund des Luftverhaltens in der Form wie Blasen, Kavitationen und Schwindporositäten aus Gas zu erforschen und zu untersuchen.

 

Zweiphasige Strömungssimulation

Wie oben erwähnt, ermöglicht es Castles Zweiphasensimulation stattdessen, die Luft im Inneren der Form als ein Fluid zu betrachten, das sich nach den Gesetzen der Fluiddynamik und Thermodynamik genau wie Metall verhält. Auf diese Weise bildet die Strömungssimulation den Druckgussprozess genauer ab und ermöglicht es, eine Reihe von Phänomenen zu bewerten und zu berücksichtigen, die von Simulationssoftware üblicherweise nicht berücksichtigt werden.

So kann eine einzige Hybrid-Mesh-Zelle mit Metall, Luft oder einer Emulsion aus beiden Materialien gefüllt werden: Dies ermöglicht es, die Art und Weise zu berücksichtigen, in der die Luft durch den Metallstrom, mit dem sie in Kontakt kommt, emulgiert, komprimiert, transportiert und verteilt wird.

Dank der Zweiphasen-Simulation ist es somit möglich, Metallspritzphänomene im Moment des Einspritzens des Metalls in die Form, das Vorhandensein von Tröpfchen, kleinen Luftblasen und das Verhalten der Metallschmelzenfront im Moment ihres Aufpralls mit Luft zu analysieren. Die Zweiphasen-Simulation von Castle ist sehr genau: Die Auflösung von Lufteinschlüssen ist praktisch unendlich – sogar 0,1% der Porositäten können erkannt werden, was bedeutet, dass das System selbst kleinste Porositätszonen vorhersagen kann.

Die Berücksichtigung all dieser Aspekte bei der strömungsdynamischen Simulation des Druckgussprozesses ist entscheidend, da Luft einer der Hauptfaktoren für das Auftreten von Fehlern in Druckgussteilen ist.

 

Der Mehrwert von Hybrid Mesh und Dual Phase in der Strömungssimulation

In diesem Beitrag haben wir uns mit zwei relevanten Wettbewerbsvorteilen befasst, die es der Castle Fluid Dynamics Simulation von PiQ2 ermöglichen, sich von denen der meisten Software auf dem Markt abzuheben. Genauer gesagt haben wir zwei Funktionen im Zusammenhang mit CastleBODY analysiert, dem Modul von Castle, das sich ausdrücklich der Formfüllungssimulation widmet.

Um einen Überblick über die Funktionen der anderen Module zu erhalten, lesen Sie bitte unsere Post ‘Druckgussformen: So optimieren Sie Werkzeuge und Prozesse’. Bitte zögern Sie nicht, uns für weitere Informationen zu kontaktieren, indem Sie das Formular ausfüllen.