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Strukturanalyse durch FEM-Berechnung zur Absicherung von Funktion und Produktqualität

Die Absicherung von Funktion und Produktqualität durch FEM-Berechnung im Maschinen- und Anlagenbau ist mittlerweile gang und gäbe. Dabei war ursprünglich die Produktentwicklung mit Hilfe der FE-Analyse eher auf den Automotivebereich beschränkt. Inzwischen hat sich jedoch auch in anderen Industriezweigen herumgesprochen, dass Zeit- und Kostenersparnis enorm hoch sind, wenn Prototypen vor dem Bau durch FEM-Simulation hinsichtlich ihrer korrekten Funktionsweise überprüft werden.

Somit lassen sich gezielt konstruktive Schwachstellen aufdecken und noch vor dem ersten realen Test ausbessern. Darüber ermöglicht es die Strukturoptimierung einzelner Bauteile, Kosten und Material bei optimaler Bauteilfunktionalität einzusparen. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, lediglich die Prototypen zu testen und zu validieren, die bereits in der Simulation vielversprechende Ergebnisse liefern. Vermeiden Sie Bauteilversagen und gehen Sie mit unserer Unterstützung auf Nummer sicher !

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Strukturoptimierung eines Leichtmetallrads

Informieren Sie sich über unser CAE-Dienstleistungsangebot zu den folgenden Themengebieten:

Stand der Technik bei der Strukturanalyse mittels FEM-Berechnung

Früher konnten aufgrund mangelnder Rechenkapazität und unausgereifter Algorithmen bei der Strukturanalyse lediglich einzelne Komponenten betrachtet werden. Heute dagegen ist man in der Lage ganze Baugruppen und somit sich gegenseitig kontaktierende Bauteile realitätsgetreu abzubilden. Mittlerweile ist es durch leistungsfähige Hardware möglich, Wechselwirkungen zwischen Strukturmechanik und Strömung im Rahmen einer Fluid-Struktur-Interaktion (FSI-Simulation) zu simulieren.

Vorgehensweise zur Absicherung der Funktion Ihrer Produkte durch FE-Simulation

Wenn es darum geht, eine einwandfreie Funktionsweise Ihrer Produkte sicher zu stellen, schauen wir uns Ihre Konstruktion genau an.

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Entsprechend der Anforderungen, die im Rahmen von Versuchen und Fertigungsprozessen erfüllt werden müssen, bilden wir mit der FE-Analyse die Realität bestmöglich ab. Auf Wunsch setzen wir uns mit Prüfinstituten und -einrichtungen in Verbindung, um die jeweiligen Anforderungen der durchzuführenden Tests oder Prüfungen zu ermitteln und um Ihr Produkt danach auszulegen. Dabei setzen wir diese in unserer FEM-Simulation konsequent als Randbedingungen und Belastungen um. Darüber hinaus definieren wir miteinander in Kontakt stehende Teile möglichst realistische Kontaktbedingungen.

Hierfür ermitteln wir die Reibbeiwerte sich kontaktierender Körper durch Recherche, der Koordinierung entsprechender Versuche oder führen Parameterstudien durch, um die FEM-Simulation mit den Messungen unserer Kunden abzugleichen. Auf diese Weise haben wir bereits im Vergleich zu Kundenmessungen eine Genauigkeit von ca. 3% mit unserer Simulation erzielen können !

Ermittlung der Materialdaten für die FEM-Berechnung

Nutzen und Ergebnisqualität einer FE-Analyse hängt im Wesentlichen von den verwendeten Materialmodellen und den getroffenen Annahmen und Vereinfachungen ab.

Je nachdem welche Daten für die FEM-Berechnung erforderlich sind, verwenden wir entweder kundenseitig zur Verfügung gestellte Materialdaten oder koordinieren auch im Bedarfsfall erforderliche Materialtests und Versuche.

Für gängige Standardmaterialien greifen wir außerdem auf unseren jahrelangen Erfahrungsschatz sowohl durch die Ableitung synthetischer Materialkurven als auch spezielle Datenbanken zurück. Für die Strukturanalyse von Spritzgießbauteilen führen wir bei Bedarf eine vorgeschaltete Spritzgießsimulation durch, um fertigungsabhängige Parameter (z.B. Faserorientierung) in die jeweilige Betrachtung der Bauteilfestigkeit mit einfließen zu lassen.

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Zugversuch zur Ermittlung der Materialcharakteristik

Versagenskriterien bei der Strukturanalyse

Für eine Versagensbewertung einzelner Komponenten bilden wir anhand eines Versuchs auf die Gesamtkonstruktion wirkenden Lasten und Randbedingungen möglichst realitätsgetreu ab. Dabei legen wir gemeinsam, auf Basis der Bewertung erforderlichen Versagenskriterien mit Ihnen vorliegende Materialmodellen, fest. Je nachdem, ob eine dauerfeste Auslegung gewünscht ist oder aber ein einmaliges Worst-Case- Szenario (z.B. Crash) abgebildet werden soll, liefern wir Ihnen die richtige Lösung passend zu Ihren Aufgabenstellungen. Wir unterstützen Sie dabei, Ihre Konstruktion richtig auszulegen.

Strukturoptimierung durch FE-Analyse zur Einsparung von Gewicht und Kosten

Oft müssen gerade Leichtbaustrukturen den geforderten Belastungen bei minimalem Gewicht standhalten. Dabei erfordert der ständig steigende Kostendruck immer häufiger, bestehende Konstruktionen auf Ihre Marktfähigkeit hin zu optimieren. Mittels einer Strukturoptimierung lässt sich so mit einem Minimum an Material eine maximale Bauteilfestigkeit erzielen. Wir überprüfen Ihre Konstruktion und zeigen Ihnen im Rahmen der folgenden Analysearten gezielt das Optimierungspotential auf:

  • Strukturoptimierung für die optimale Bauteilfestigkeit bei minimalem Materialaufwand (Topologieoptimierung)
  • Ermittlung der optimalen Struktur von Blechteilen durch Blechdickenoptimierung und Einbringen von Versteifungen (Topographieoptimierung)

Projektbeispiele für strukturmechanische FE-Analysen:

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