SOLIDWORKS Simulation 2018: Von der Konstruktion bis zur Analyse
Als ich das erste Mal mit Analysewerkzeugen gearbeitet habe, waren sie ausschließlich den Spezialisten vorbehalten, jenen Ingenieuren mit Doktortitel. Virtuelle Tests wurden nur ganz selten und für besonders hochwertige Anwendungen eingesetzt. Und heute? Heute werden Simulationen im gesamten Produktentwicklungsprozess eingesetzt. Was hat sich also geändert? Simulationen sind nun auch für Normalsterbliche zugänglich und Computer sind leistungsfähiger geworden. Außerdem haben Unternehmen heute andere Vorstellungen davon, wie eine Software den Nutzer unterstützen sollte. Ich treffe sowohl neue als auch erfahrene Simulationsanwender. Immer wieder stelle ich dabei fest, dass sich Konstrukteur und Berechner dahingehend unterscheiden, dass der Berechner die Komplexität des vorliegenden Analyseproblems kennt und die für die Lösung erforderliche Physik und Analysevorgänge beschreiben kann. Der Konstrukteur kennt das Verhalten im wirklichen Leben, das er studieren möchte. Beide möchten ein Problem lösen, um ihre Produkte zu verbessern. Und unsere Aufgabe ist es, ihnen dabei zu helfen.
Seit SOLIDWORKS Simulationswerkzeuge in SOLIDWORKS Premium eingeführt hat, arbeiten wir daran, diese mit jedem Release benutzerfreundlicher, funktioneller und leistungsfähiger zu machen. Unser Ziel ist es, dass die Konstruktionsteams großartige Entwürfe entwickeln und validieren können. Mit wachsendem Portfolio haben wir uns von Konstrukteuren, die Teile und Baugruppen auf Festigkeit, Ermüdung und Steifigkeit validieren, über die Strömungsberechnung zu Simulationswerkzeugen für die Validierung von Kunststoffteilen und Formen entwickelt, um all die von Ihnen konstruierten Produkte noch werthaltiger zu machen.
Simulationswerkzeuge können die Konstruktionsidee nicht nur validieren, sondern Innovationen fördern. Mit dem Release von SOLIDWORKS 2018 tun wir dies mit der neuen Topologiestudie. Konstrukteure und Ingenieure können so basierend auf Betriebslasten und -bedingungen innovativ Komponenten mit minimaler Masse entwickeln. Mit einem linear statischen Solver entfernt die Topologiestudie so lange Elemente aus dem Finite-Elemente-Netz, bis die Zielmasse oder die Form erreicht ist, bei der das Verhältnis von Steifigkeit und Gewicht optimal ist. Dieser iterative Prozess der Elemententfernung wird von den Zwangsbedingungen der Studie wie maximal zulässige Verschiebung und Fertigungsrestriktionen beschränkt.
Was passiert aber mit der generierten Form? Diese Form existiert nicht nur im Simulationswerkzeug. Sie kann als Körper (geglättete Vernetzung) in Ihrer SOLIDWORKS Teiledatei gespeichert werden. Ist Ihr Konstruktionswerkzeug vollständig in den Konstruktionsprozess integriert, kann sie in PDM verwaltet werden, die Grundlage für weitere Änderungen der Konstruktion mit neuen Versionen bilden und in weiterführenden Simulationsberechnungen verwendet werden. Mit generativen Fertigungswerkzeugen können direkt Komponenten mit topologisch geglättetem Netzkörper gedruckt werden.
Bei traditionell gefertigten Anwendungen können die Ergebnisse der Topologiestudie wie herkömmliche Simulationsergebnisse in der Konstruktionsumgebung angezeigt und für parametrische Veränderungen wie Ausschnitte und Taschen verwendet werden.
Die Strukturanalyse ist keine einmalige Zauberei, sie ist iterativ. Von simplen Modellen und Lasten geht es über komplexe Geometrielasten bis hin zu multiphysikalischen Studien. SOLIDWORKS Simulation Studien unterstützen diese Evolution der Simulationsbedürfnisse für Konstrukteure und Berechner jetzt, indem die Simulationseinrichtung aus untergeordneten Teilen und Baugruppen in eine vollständige Baugruppe vererbt wird. Lasten können außerdem aus Bewegungs-, Strömungs- oder Kunststoffanalysen transferiert werden.
Bei Produkten, die sich bewegen, die bei Bewegung geschüttelt werden oder die zeitlich variablen Lasten unterliegen, kann durch Vibration selbst bei Kräften, welche die Grenzlast deutlich unterschreiten, Versagen oder Ermüdung eintreten. Das Verständnis der Auswirkungen von durch Betrieb oder Transport hervorgerufenen Vibrationen auf Ihr Produkt ist komplex. SOLIDWORKS Simulation hat diese anspruchsvolle Aufgabe mit einer intuitiven Benutzeroberfläche in Verbindung mit leistungsstarken Funktionen verschlankt. Ingenieure können jetzt die vibrationsbedingten Belastungen, Verschiebungen und Komponentenbeschleunigungen evaluieren, um die Auswirkungen von Geometrieveränderungen zu bewerten. So können Produktleistungsfähigkeit und Lebensdauer auch bei komplexen Lasten gewährleistet werden.
SOLIDWORKS Flow Simulation ist ein weiteres Analysewerkzeug, das einst ausschließlich den Spezialisten vorbehalten war. Heute verwenden es Konstrukteure und Berechner gleichermaßen. Konstrukteuren erleichtert der benutzerfreundliche Assistent zur Analyseeinrichtung auch anspruchsvolle interne, externe und thermische Strömungsanalysen. Und Berechner machen von den umfangreichen physikalischen Funktionen Gebrauch, um komplexe Probleme wie nicht-newtonsche Strömungen, rotierende Körper und Elektronikkühlung zu bewältigen. Flow Simulation fügt diesen erweiterten Features im Release 2018 noch die neue, kostenfreie Funktion zur Simulation freier Oberflächen hinzu, mit der zwei nicht mischbare Fluide wie eine Flüssigkeit und ein Gas im selben Volumen vorhanden sein können. Was bedeutet das? Wir können also drei neue Arten von Strömungsphänomenen lösen.
- Schwappen; ein teilweise gefüllter Behälter in Bewegung
- Füllen/Evakuieren; Entleeren oder Befüllen eines Tanks
- Strahl/offenes Wasser; Kanalfluss oder Strom aus einer Düse, der verbunden und beständig ist (kein Sprühen)
Bei der einfachsten Anwendung stellt der Nutzer den Anfangswasserstand fest und lässt der Physik ihren Lauf. So zum Beispiel mit einer Fluidbewegung, wie bei dem folgenden Boot auf dem Wasser mit Bugwelle und Kielwasser.
Oder auch mit der Anwendung von Schwerkraft. Damit können Sie den Tank befüllen und entleeren.
Die Bewegung eines Behälters (Schwappen) wird über einen zeitlich variablen Schwerkraftfaktor erstellt.
Mit SOLIDWORKS Flow Simulation 2018 können Konstrukteure und Berechner ganz neue Arten von Problemen lösen.
Mit SOLIDWORKS Simulation und Flow Simulation können Konstrukteure und Ingenieure die Leistungsfähigkeit ihrer Produkte unter Betriebslast bestimmen. SOLIDWORKS Plastics ist anders, hier werden Ihre Entwürfe hinsichtlich der Herstellbarkeit mit Kunststoffspritzguss bewertet. Mit SOLIDWORKS Plastics können Sie sowohl das zu gießende Teil als auch die für das Teil zu verwendende Form simulieren, um zu bestimmen, ob Ihre Komponenten wie gewünscht gegossen werden können. Außerdem können Sie herausfinden, ob Ihr Formwerkzeug wunschgemäß funktioniert. In SOLIDWORKS Plastics simulieren Sie den Fertigungsprozess, suchen Lufteinschlüsse, Bindenähte und bestimmen Füllzeiten, um die Auswirkungen des Entwurfs auf die Qualität des Teils und die Formzykluszeit zu verstehen.
Bei Kunststoffanalysen spielen für das Verständnis des vollständigen Fertigungsprozesses die genaue Geometrie der Gussform, einschließlich Angusskanälen, Angusskegeln und Kühllinien, sowie die Geometrie Ihrer Komponente eine wichtige Rolle. Die Analyse der Komponente ist für die Konstrukteure von Bedeutung, da sie über die Angusspositionen nicht nur die korrekte Befüllung sicherstellen möchten, sondern auch, dass Bindenähte oder Einfallstellen für den Endnutzer unsichtbar sind. Ingenieure oder Berechner möchten die Kunststoffanalyse noch einen Schritt weiterführen, um die Struktur und Form der ausgeformten Teile zu bestimmen. SOLIDWORKS Plastics kann auch Unregelmäßigkeiten in der Kunststoffdichte und verformte Ergebnisse (Verzug) bestimmen, die durch ungleichmäßiges Abkühlen hervorgerufen werden. Diese Deformierungen können wieder in SOLIDWORKS importiert werden, wo die Geometrieversionen vorher und nachher verglichen werden. So kann das Konstruktionsteam feststellen, ob der Verzug akzeptabel ist oder ob das Teil, die Kühllinien oder die Form verändert werden müssen. Und das alles, bevor auch nur ein Metallteil bearbeitet wird, wodurch Kosten und Zeitaufwand entstünden.
Wie eingangs erwähnt, macht SOLIDWORKS all unseren Kunden die Vorteile der Simulation zugänglich, angefangen bei Konstrukteuren, die Entwürfe mit der neuen Topologiestudie verfeinern oder die Herstellbarkeit eines Kunststoffteils prüfen, bis hin zu Berechnern, die die Leistungsfähigkeit des Produkts mit nichtlinearen und dynamischen Analysen und Strömungenssimulationen für freie Oberflächen besser verstehen wollen. Die Werkzeuge des Release 2018 der SOLIDWORKS Simulation Suite bietet all das. Klicken Sie hier, um auf die Seite „Von der Konstruktion bis zur Analyse“ von SOLIDWORKS zu gelangen und die Werkzeuge in Aktion zu sehen.
Autor: Stephen Endersby – Product Manager at SolidWorks
