Baugruppen vereinfachen für Simulationen mithilfe von Verbindungsgliedern

Komplexe Baugruppen vereinfachen für Simulationen gelingt auf verschiedene Weisen. Wenn die Rechnerressourcen für eine Simulation des genauen Modells nicht ausreichen, können verschiedene Vereinfachungsoptionen beim Arbeiten mit Baugruppen berücksichtigen werden. Eine von diesen Optionen ist die Verwendung von Verbindungsgliedern.

Durch die Verwendung von Verbindungsgliedern kann die CAD-Geometrie durch eine mathematische Darstellung des Verbinders ersetzt werden. Daher kann für die Modellierung von Federn, Stiften, Schrauben, Lagern, Schweißpunkten, Kantenschweißnähten, Verbindungen und starren Verbindungen die Anzahl der Elemente im Netz reduziert und der Analyseprozess beschleunigt und somit die Analysezeit verkürzt werden.

Was ist ein Verbindungsglied?

Ein Verbindungsglied ist ein Mechanismus (mathematische Darstellung), der festlegt, wie ein Element (Eckpunkt, Kante, Fläche) mit einem anderen Element oder dem Boden verbunden ist. Die Verwendung von Verbindungsgliedern vereinfacht das Modellieren, da in vielen Fällen das gewünschte Verhalten simuliert werden kann, ohne die detaillierte Geometrie erstellen oder Kontaktbedingungen definieren zu müssen.

Auf diese Option kann durch den Befehl Verbindungen-Berater im SOLIDWORKS Simulation zugegriffen werden.

Baugruppen vereinfachen  –  Abbildung 1: Verbindungen Berater
Abbildung 1: Verbindungen Berater

Ein Beispiel:
Eine Baugruppe, die eine Halterung darstellt, ist mit zwei Schrauben auf eine Platte montiert. Die Halterung wird in Y Richtung mit 250 N belastet (Abbildung 2). Jede Schraube ist mit 4 N-m festgezogen, hat eine Steigung von 2/mm und einen Reibungsfaktor von 0,2.

Diese Baugruppe könnte mit der genauen Geometrie simuliert werden. Aber um dieses gewünschte Verhalten zu simulieren, müssten die detaillierten Kontaktbedingungen definieren werden (zwischen den Schrauben und den Unterlegscheiben/der Halterung/der Platte/den Muttern). Je mehr Kontaktzwangsbedingungen in einer Simulation verwendet werden, desto länger wird die Analysezeit.

Baugruppen vereinfachen  –  Abbildung 2: Bracket Assembly
Abbildung 2: Bracket Assembly
Baugruppen vereinfachen  –  Abbildung 3: Elementzahl mit schraube
Abbildung 3: Elementzahl mit Schraube

SOLIDWORKS Simulation bietet eine Alternative, um dieses Problem zu vereinfachen:
Die Funktion Schraubverbindungslied.

Was ist ein Schraubverbindungsglied?

Definiert wird ein Schraubenverbindungsglied zwischen zwei oder mehreren Komponenten oder zwischen einer Komponente und dem Boden.

Bevor die Schraubverbindungen definiert werden, müssen die „realen“ Schrauben und Muttern aus der Analyse ausgeschlossen werden. Auf diese Funktion kann mit der Option Aus Analyse ausschließen zugegriffen werden (Rechte Maustaste auf den Körper).

Baugruppen vereinfachen  –  Abbildung 4: Aus Analyse ausschließen
Abbildung 4: Aus Analyse ausschließen

 

Schraubendefinition

Durch dem Befehl Verbindungen-Berater und der Auswahl von der Option Schraube (siehe Abbildung 1) können die jeweiligen Schrauben definiert werden.

SOLIDWORKS unterstützt die folgenden fünf Typen von Schraubverbindungen:

  • Standard oder Stirnsenkung mit Mutter
  • Formsenkung mit Mutter
  • Standard- oder Stirnsenkungsschraube
  • Formsenkungsschraube
  • Fundamentschraube
Baugruppen vereinfachen  –  Abbildung 5: Schraubendefinition
Abbildung 5: Schraubendefinition

 

Um die Position des Schraubenkopfes (Abbildung 6) und der Schraubenmutter (Abbildung 7) zu definieren, werden den entsprechenden Kanten ausgewählt.

Abbildung 6 Schraubenkopfbohrung
Abbildung 6: Schraubenkopfbohrung
Abbildung 7 Schraubenmutterbohrung
Abbildung 7: Schraubenmutterbohrung

 

Die Kopfdurchmesser und die nominalen Durchmesser können im Bauteil bzw. in der Baugruppe gemessen werden und hier eingefügt werden. Das vordefinierte Material wird automatisch übernommen oder könnte auch hier durch Material auswählen geändert werden. Weiter werden das Anzugsdrehmoment und der Reibungsfaktor unter der Vorspannkraft und die Gewindezahl durch die Festigkeitsdaten definiert.

Abbildung 8 drehmoment
Abbildung 8: Drehmoment

 

Die Schrauben werden mathematisch definiert und virtuell dargestellt (Abbildung 9).

Abbildung 9 schrauben
Abbildung 9: Schrauben

 

Die Gesamtkonten- und Gesamtelementzahl wird dadurch reduziert:

Abbildung 10 Vergleich reale vs. virtuelle Schrauben
Abbildung 10: Vergleich reale vs. virtuelle Schrauben

 

Schraubenkräfte auflisten

Nachdem die Berechnung gelöst ist, können durch die Option Verbindungskräfte auflisten die Schraubenkräfte in Tabellenformat aufgelistet werden. Diese Informationen können sehr effektiv für die Schraubenauslegung verwendet werden.

Die Kräfte können im Kontextmenü mit der rechten Maustaste auf den Ordner Ergebnisse und durch Auswahl von Verbindungskraft auflisten angezeigt werden.

 

Abbildung 11 Schraubenkräfte
Abbildung 11: Schraubenkräfte

 

Automatische Umwandlung von Toolbox-Verbindungselementen in Schrauben

Wenn die Verbindungselemente aus der Toolbox definiert sind, bieten SOLIDWORKS Simulation Professional und Premium die Funktion diese Standard-Toolbox-Verbindungselemente in Modellen automatisch in Simulations-Schraubverbindungen umzuwandeln.

Während des Umwandlungsprozesses werden alle Information bezüglich Position, geometrischen Features und Material der Toolbox-Verbindungselemente intern auf die Formel der entsprechenden Schraubverbindungselemente abgebildet.

Zusammenfassung

Mithilfe von virtuellen Verbindungsgliedern lässt sich die detaillierte Vernetzung von realen Bauteilen, wie Schrauben, Stiften, Federn usw. umgehen, indem diese Bauteile durch mathematische Formulierungen mit denselben Eigenschaften ersetzt werden. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung des Vernetzungs- und damit Rechenaufwands.

Eine Auswertung der Belastungen für die einzelnen Verbindungsglieder steht zur Verfügung.

Mit Simulation Professional und Premium lassen sich Toolbox Elemente automatisch in Verbindungsglieder umwandeln, wobei die geometrischen Bedingungen selbstständig übernommen werden.

 

Weitere Informationen zum Thema Baugruppen vereinfachen & mehr finden Sie hier: SOLIDWORKS bei MB CAD

 

MB CAD GmbH
Die MB CAD GmbH wurde im Jahr 1992 von Monika und Peter Blumenstock gegründet, seit 1996 ist die Firma autorisierter SOLIDWORKS "Value Added Reseller". MB CAD bietet das komplette SOLIDWORKS Produktportfolio sowie Beratungs-, Consulting- und Schulungsdienstleistungen an. MB CAD wurde mehrfach als SOLIDWORKS Partner mit der höchsten Kundenzufriedenheit exklusiv für Europa ausgezeichnet und arbeitet mit zahlreichen Ausbildungsstätten, Berufs-, Techniker-, Fachhochschulen und Universitäten zusammen. Das Unternehmen ist mit über 30 Mitarbeitern an den zwei Standorten Bruckmühl und Nürnberg vertreten.