Simulation
Ultraschall ist eine Schlüsseltechnologie – von der medizinischen Bildgebung bis hin zu Durchflussmessern in der Industrie. Doch die Entwicklung dieser Systeme gleicht oft einem Blindflug. Erfahren Sie, warum die Kombination aus High-End-Simulation und zertifizierter Expertise der sicherste Weg zu marktfähigen Produkten ist.
In der modernen Produktentwicklung werden die Zeitfenster kleiner, während die physikalischen Anforderungen steigen. Wer Ultraschallsensoren, HIFU-Anwendungen (High-Intensity Focused Ultrasound) oder Durchflussmesser entwickelt, stößt schnell an die Grenzen klassischer Prototypen. Akustische Wellen verhalten sich komplex: Sie werden gebeugt, gestreut und interagieren auf nicht-lineare Weise mit Strömungen oder biologischem Gewebe.
Die Lösung liegt nicht allein in der Software, sondern in der synergetischen Verbindung von COMSOL Multiphysics und erfahrenem Engineering-Know-how.
Die unsichtbare Komplexität der Akustik
Warum scheitern viele akustische Projekte in der späten Testphase? Weil die Realität oft komplexer ist als das vereinfachte Modell im Kopf des Entwicklers. Ein klassisches Beispiel ist die Wechselwirkung zwischen Schall und Strömung. Bei Ultraschall-Durchflussmessern muss die Ausbreitung akustischer Signale über große Distanzen relativ zur Wellenlänge in einer stationären Hintergrundströmung berechnet werden. Hier reicht eine einfache Druckakustik nicht aus; es müssen die linearisierten Euler-Gleichungen gelöst werden.
Hinzu kommen nicht-lineare Effekte. Bei hohen Schalldruckpegeln, wie sie in der biomedizinischen Technik vorkommen, verhält sich Schall nicht mehr linear. Kumulative nicht-lineare Effekte können Schockwellen erzeugen, deren Simulation tiefgreifendes Verständnis der Westervelt-Gleichung erfordert. Wer diese Phänomene ignoriert, riskiert Produkte, die Normen verfehlen oder im Feld versagen
Das Werkzeug: COMSOL Multiphysics
Um diese physikalische Realität digital abzubilden, setzen wir auf die spezialisierten Akustik-Module von COMSOL Multiphysics. Die Software bietet technologische Vorteile, die für präzise Ergebnisse unerlässlich sind:
- Effizienz durch dG-FEM: Für große transiente Probleme nutzt COMSOL die diskontinuierliche Galerkin-Methode (dG-FEM). Diese Methode ist extrem speichereffizient und ermöglicht die Lösung von Modellen mit vielen Millionen Freiheitsgraden. Das bedeutet für Sie: Wir können hochauflösende Simulationen realer Bauteile durchführen.
- Realistische Randbedingungen: Um den freien Raum oder unendliche Domänen zu simulieren, ohne dass künstliche Reflexionen die Ergebnisse verfälschen, nutzen wir sogenannte "Absorbing Layers" (Sponge Layers). Diese kombinieren Skalierung, Filterung und Impedanzbedingungen, um Reflexionen um den Faktor 100 bis 1000 zu reduzieren.
- Multiphysik-Kopplung: Ultraschall existiert selten isoliert. Wir können die Akustik nahtlos mit Strukturmechanik koppeln (Vibroakustik), um beispielsweise das Verhalten von vibrierenden Wandlern oder Membranen exakt vorherzusagen
Der entscheidende Faktor: Zertifiziertes Engineering-Know-how
Software ist mächtig, aber sie ist kein Selbstläufer. Die Dokumentation zu den Ultraschall-Interfaces zeigt deutlich: Die Methode ist sensibel.
Die korrekte Wahl des numerischen Flusses (z. B. Lax-Friedrichs-Flux) oder die Einstellung von Filtern zur Stabilisierung physikalischer Instabilitäten erfordert tiefes theoretisches Verständnis. Bei stark nicht-linearen Problemen mit Schockbildung muss beispielsweise entschieden werden, ob ein WENO-Limiter notwendig ist, um numerische Oszillationen zu verhindern.
Hier kommt unser zertifiziertes Engineering-Know-how ins Spiel.
Wir liefern Ihnen nicht nur "bunte Bilder", sondern physikalisch validierte Daten. Wir wissen, wann eine adiabatische Zustandsgleichung angenommen werden kann und wie man Hintergrundströmungen aus CFD-Simulationen korrekt als Input für die Akustiksimulation nutzt. Wir navigieren durch die Komplexität der Einstellungen, damit Sie sich auf Ihr Produkt konzentrieren können.
Ihr Nutzen: Normgerechtigkeit und Wirtschaftlichkeit
Die Investition in professionelle Simulation zahlt sich mehrfach aus:
- Risikominimierung: Wir prüfen virtuell, ob Ihr Design Normen (z. B. für Ultraschallzähler oder medizinische Sicherheit) einhält, bevor Werkzeugkosten entstehen.
- Beschleunigte Time-to-Market: Durch den Einsatz der zeitexpliziten Löser in COMSOL können wir Variantenstudien über Nacht berechnen, für die physische Tests Wochen benötigen würden.
- Wirtschaftlichkeit: Wir vermeiden "Over-Engineering". Sie dimensionieren Ihre Bauteile genau so stark wie nötig, basierend auf präzisen Lastdaten aus der Simulation.
Fazit: Überlassen Sie die Akustik nicht dem Zufall
Komplexe akustische Herausforderungen erfordern mehr als nur ein gutes Gehör – sie erfordern mathematische Präzision und ingenieurtechnische Erfahrung. Mit den fortschrittlichen dG-FEM-Methoden von COMSOL Multiphysics und unserer Expertise machen wir den Schall sichtbar und beherrschbar.
Haben Sie eine komplexe akustische Herausforderung? Verlieren Sie keine Zeit mit Trial-and-Error. Lassen Sie uns in einer unverbindlichen Erstberatung prüfen, wie wir Ihr Projekt durch Simulation absichern und beschleunigen können.