Volumennetze können aus verschiedenen Elementtypen erstellt werden.
Gerne werden Netze aus reinen Hexaedern oder Tetraedern verwendet.
Um den Randbereich möglichst genau abzubilden ist das BLM-Netz ideal.
BLM steht für Boundary Layer Mesh, dies bedeutet Randschicht-Vernetzung.
Die Randschichten werden aus Prismen mit Dreieckselementen als Grundflächen erstellt.
Das Innere wird mit Tetraedern aufgefüllt.
Besonders in der Spritzgusssimulation wird dieses Volumennetz bevorzugt.
Beim Abkühlen der Kunststoff-Schmelze im Werkzeug und später nach der Entformung, kommt es zu Schwindung und Verzug.
Um die Schwindung auszugleichen, wird in der Werkzeugkonstruktion ein oftmals auf Erfahrungswerten beruhender Faktor prozentual mit eingerechnet.
Das Sollmaß des Werkzeugs wird um diesen Faktor vergrößert und bildet damit das Maß der Kavität.
Durch eine Füllberechnung ist es möglich den sich einstellenden Verzug durch Faserorientierung, eingefrorenen Spannungen etc. zu berechnen. Gleiches gilt für die Schwindung.
Um den Verzug auszugleichen kann die Kavität in der Werkzeugkonstruktion in die entgegengesetzte Richtung verändert werden.
Diese Änderung wird Bombierung genannt.
Eine Bombierung wird erstellt indem die Simulationsergebnisse von Schwindung und Verzug mit dem Faktor -1 skaliert in die Werkzeugkonstruktion eingebracht werden.
In der Regel wird dazu die verformte Geometrie aus der Simulation in Form von .stl Daten an das CAD System zurück gegeben. Dort wird die Geometrie der Kavität angepasst unter der Kontrolle auf mögliche Hinterschnitte.
Basierend auf der neuen Geometrie der Kavität muss eine weitere Simulation zur Verifizierung der Ergebnisse gemacht werden.
Erst wenn diese erfolgreich ist, kann die Bombierung ins Werkzeug eingebracht werden.
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Entwickelt ursprünglich am IKV in Aachen, ist Cadmould heute ein in Deutschland weit verbreitetes 2.5D Programm zur Spritzgusssimulation.
Aufgrund des Schalenmodell-Ansatzes sind die Rechenzeiten kurz und direkte Beeinflussungen der Wandstärke ohne Geometrieänderungen möglich.
Hersteller und Anbieter der Software ist die Firma Simcon.
Formfüllung, Werkzeugtemperierung und der Verzug können simuliert werden. Sonderverfahren lassen sich ebenfalls berechnen.
Bei der Vernetzung für die Simulation wird meistens mit Vierecks- oder Dreieckselementen gearbeitet.
Fallen zwei oder mehr Knotenpunkte auf dieselbe Koordinate spricht man von einem Degenerierten Element.
So kann ein Viereck zu einem Dreieck, einer Linie oder einem Punkt degenerieren.
Je nach verwendetem Programm werden die mehrfachen Knotenpunkte automatisch zu einem Knoten zusammengefasst oder müssen manuell gesäubert werden.
Bei Volumenelementen kann es ebenfalls zu degenerierten Elementen kommen.
Ein Hexaeder kann zu einem Prisma oder Tetraeder degenerieren.
Degenerierte Elemente führen zu Fehlern in den Simulationsergebnissen oder verhindern den Start einer Simulation.
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Für eine Finite Elemente (FE) Berechnung wird der zu berechnende Körper mit Hilfe vieler kleiner Elemente beschrieben.
Bei den Elementen kann es sich um punktförmige, linienförmige, flächige oder Volumenkörper handeln.
Die Aufteilung in kleine Teile (Finite Elemente) wird Vernetzung oder Diskretisierung genannt.
Es sieht aus wie ein Netz, welches über das Bauteil gelegt wird.
Simulationsprogramme übernehmen die Diskretisierung inzwischen teilweise oder komplett automatisch.
Auf diese Weise entsteht ein idealisiertes Modell, welches für die Berechnung aufbereitet wird.
Es ist wichtig auf die Netzdichte zu achten: Der Absolutwert aller Ergebnisse hängt immer auch von der Netzdichte ab. Daher ist es wichtig, dass bei jeder Berechnungsvariante die gleiche Netzdichte gewählt wird, um Unterschiede der Berechnungsergebnisse nicht aufgrund unterschiedlicher Netzdichten zu erzeugen. Es ist auch zu beachten, dass der numerische Aufwand und damit die Berechnungszeit mit steigender Elementanzahl überproportional ansteigt.
Jedes Element erhält beim Vernetzen gewisse Eigenschaften zugewiesen. So können flächigen Elementen zum Beispiel die Wanddicke zugewiesen, oder Linien-Elementen deren Querschnitt.
Für jedes einzelne Element werden dann die entsprechenden Gleichungen berechnet.
Dies sind zum Beispiel die Verformung aufgrund von Lasten, die Geschwindigkeit aufgrund von Volumenstromänderungen oder die Temperaturänderung aufgrund eines Wärmeeintrags. Für das gesamte Bauteil werden die Einzelgleichungen der jeweiligen Elemente in einer Gesamtmatrix verbunden und man kann somit beliebig komplexe Geometrien berechnen.
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