Kiel 2011 – wissenschaftliches Programm

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SYPG: Symposium Plasmatechnologie-Grid

SYPG 1: Plasma-Technologie-Grid - Perspektiven der Plasmasimulation in der Grid-Infrastruktur

SYPG 1.2: Hauptvortrag

Donnerstag, 31. März 2011, 14:20–14:40, HS C

Simulation von Schweißprozessen mit kommerziellen CFD-Lösern in Grid-Umgebungen — •Andreas Spille-Kohoff — CFX Berlin Software GmbH, Berlin

Die numerische Simulation des Schweißlichtbogens, also der Strömung und der Verteilung von Temperatur, elektrischem Strom und Gaskonzentrationen unter Berücksichtigung von Strahlung, Lorentzkraft, Entmischung und Fallgebietsvorgängen hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Dabei stand bisher die physikalische Komplexität im Vordergrund, während die Geometrie häufig stark vereinfacht wurde. Hierzu wurde die Simulation auf den direkten Lichtbogenbereich mit nur minimaler Umgebung beschränkt und zudem wurde Rotationssymmetrie angenommen, so dass ein zweidimensionales Rechengitter ausreichte. Mit diesen Vereinfachungen kann z.B. ein Wolfram-Inertgas-Schweißprozess auf einem wassergekühlten Kupferblock (als Blindnaht) mit wenigen Stunden Simulationszeit sehr gut abgebildet werden.

Die Realität ist aber komplexer: Der Schweißbrenner steht meist schräg zum Werkstück, das Werkstück besteht aus getrennten Blechen mit Spalt und z.B. beim Überlapp- oder beim T-Stoß ohne Symmetrie, die Schutzgasführung im Brenner ist komplex mit Bohrungen und ggf. Drallerzeugern, bei Tandem- oder Hybridanlagen arbeiten mehrere Schweißsysteme gleichzeitig. Diese geometrische Komplexität führt zu einem vielfach höheren Aufwand an Simulationszeit und Arbeitsspeicher. Weitere Wünsche wie Parametervariationen ("Design of Experiments"), robustes Design ("Six Sigma") oder automatisierte Optimierung (z.B. der Geometrie) vervielfachen diesen Aufwand noch mal.

Nur durch massive Parallelisierung kann die Bearbeitungszeit in praktikablen Größen gehalten werden. Neben zumeist beschränkten lokalen Ressourcen ist hier die Nutzung von verteilten Rechennetzen ("Grid-Computing") für rechenintensive Anwendungen analog zum Cloud-Computing für serviceorientierte Anwendungen eine mögliche Lösung.

Der Vortrag behandelt die Anforderungen, die insbesondere kommerzielle Nutzer an Grid-Lösungen bezüglich Bedienbarkeit, Sicherheit, Zuverlässigkeit, Übertragbarkeit und Nachhaltigkeit stellen, und die Lösungskonzepte, die im Rahmen des PT-Grid-Forschungsprojekts erarbeitet werden. Im Mittelpunkt steht die Nutzung virtueller Maschinen, die eine wohldefinierte und sichere Ausführungsumgebung bieten.