Hybridsimulationen

Hybridsimulationen sind ein Simulationsansatz, bei dem reale Bauteile oder Experimente mit computergestützten Modellen in einem gemeinsamen dynamischen System verbunden werden. Ziel ist es, das Verhalten eines komplexen Systems unter realistischen Randbedingungen zu untersuchen, ohne das gesamte System vollständig physisch zu testen.

In der Praxis wird das zu untersuchende System in Substrukturen aufgeteilt. Eine oder mehrere Substrukturen werden physisch auf einem Prüfstand getestet, während der Rest des Systems numerisch simuliert wird. Ein Echtzeit-Datenaustausch der Schnittstelle ermöglicht die Rückkoppelung von Kräften, Verschiebungen und Signalen zwischen realem Experiment und Simulation.

Zu den gängigsten Formaten gehören Hardware-in-the-Loop (HIL), bei dem Hardwarekomponenten in die Echtzeitsimulation eingefügt werden, und Co-Simulation, bei der mehrere Simulationswerkzeuge synchron koordiniert werden. Dynamische Substrukturmodellierung zerlegt Strukturen in belastbare und inertierte Bereiche, die separat verarbeitet werden.

Anwendungsfelder liegen in der Tragwerks- und Strukturdynamik, Maschinen- und Fahrzeugtechnik, der Energie- und Elektronikentwicklung sowie der Medizintechnik. Hybridsimulationen ermöglichen realitätsnahe Beurteilungen von Kopplungen, Systemverhalten unter Lasten und die Validierung von Steuerungs- oder Regelungskonzepten, bevor Vollversuche erfolgen.

Herausforderungen betreffen die Stabilität der Kopplung, Latenzzeiten in der Datenübertragung, Synchronisationsprobleme und Unsicherheiten in Modellen. Eine sorgfältige Kalibrierung, Validierung gegen Referenzdaten und eine realistische Substrukturaufteilung sind entscheidend für zuverlässige Ergebnisse.