Produktivitätssteigerung: Lineare statische Finite-Elemente-Analyse mit Simulation Professional

Dies ist die deutschsprachige Übersetzung des Blogbeitrages von Brian Zias, einem SOLIDWORKS Experte aus Illinois, im SOLIDWORKS Blog.

Meine ersten Erfahrungen mit der Finite-Elemente-Analyse (FEA) machte ich mit SimulationXpress im ersten Semester an der Hochschule. Und auch heute noch denke ich, wenn ich „Simulation“ höre, sofort an finite Elemente, Spannungs- und Verschiebungsplots – die Grundpfeiler der linearen statischen Finite-Elemente-Analyse.

Eine Frage an Sie: Wie viele Ihrer Projekte basieren trotz der umfangreichen Fähigkeiten der heutigen Software auf einer linearen statischen Analyse? Natürlich, es handelt sich dabei um die „Grundlagen“ der Verschiebung, der Spannung und des Sicherheitsfaktors, aber ist auch immer noch der beste Weg, um eine Konstruktion auf der Grundlage typischer Belastungen weiterzuentwickeln.

Die Anwendung der linearen statischen FEA-Techniken hat mir geholfen, mehr Konstruktionsoptionen zu entdecken und mich zu einem besseren Simulationsanwender zu entwickeln. Ich habe festgestellt, dass Simulation Professional für diese Produktivitätssteigerung sehr hilfreich ist.

„Sim Pro“ ist in der Regel die erste Wahl, wenn es um die Versagensanalyse geht: Knickbelastung, Modalanalysen, hochzyklische Ermüdung oder thermische Belastung. Auch wenn es sich hierbei um leistungsstarke Analysewerkzeuge handelt, ist das Kernstück der Arbeit mit der Finite-Elemente-Analyse die lineare Statik: das Lösen elastischen Materialverhaltens für die Ermittlung des Sicherheitsfaktors.

Erfahren Sie in diesem Demo-Video, wie die Funktionen von Simulation Professional Ihnen dabei helfen, Ihre Produktivität in der linearen Statik erheblich zu steigern:

 

Meine Lieblingsfunktionen in diesem Video sind die parametrische Optimierung und die Topologiestudie.

Parametrische Optimierung

Mit der parametrischen Optimierung können Sie Variationen in mehreren Dimensionen untersuchen. Sie können entweder konkrete Werte oder Wertebereiche für Parameter und Zielgrößen eingeben, wie z. B. der minimale Sicherheitsfaktor oder die Durchbiegung, die für Sie berechnet werden, während sich die Modellabmessungen ändern. Diese Versuchsplanung ist sehr nützlich für die Entwicklung neuer Produkte oder kontinuierliche Verbesserung und Neugestaltungen.

Parametrische Optimierung minimiert Gewicht von struktureller Halterung
Abbildung 1: Die parametrische Optimierung minimiert das Gewicht dieser strukturellen Halterung

Topologiestudie

Die neue Topologiestudie ist ein interessantes neues Optimierungsmodul, das Lösungen in umgekehrter Herangehensweise liefert. Anstatt Abweichungen in parametrischen Modellen zu untersuchen, vergrößern Sie die Formen innerhalb der volumetrischen und fertigungstechnischen Beschränkungen. Durch das Lösen des Energiepfads von der Last zur Halterung erhalten Sie eine erstaunliche geometrische Lösung, die Ihre technische Kreativität steigert.

Ergebnis der Topologiestudie zeigt einen konzentrierteren Spannungspfad
Abbildung 2: Das Ergebnis der Topologiestudie zeigt einen konzentrierteren Spannungspfad

Lastfall-Manager

Der Lastfall-Manager (Load Case Manager) ist hilfreich, wenn Ihr Projekt die Überprüfung einer Vielzahl von Belastungsbedingungen erfordert. Für die Erfassung aller möglichen Lasten und Randbedingungen wird eine Tabelle verwendet. So können Sie Lastkombinationen mithilfe der Tabelle einfach durch Aktivieren oder Unterdrücken erstellen. Ein Klick auf „Run“ und es werden die Ergebnisse aller Lastkombinationen wie die maximale Spannung, die Verschiebung und der Sicherheitsfaktor in einer Tabelle zusammengefasst.

Einrichtung des Lastfall-Managers mit Trägheitsbelastung für Lufttüchtigkeitsprüfung
Abbildung 3: Einrichtung des Lastfall-Managers mit Trägheitsbelastung für Lufttüchtigkeitsprüfung

Submodellierungsfunktion

Mit der Submodellierungsfunktion können Sie an einem bestimmten Teil des Modells arbeiten. Es ist möglich, in Teile des Modells hineinzuzoomen. Und solange die Schnittstellengeometrie beibehalten wird, können Sie sogar Teile ändern und schnell neu lösen. Es ist nicht nötig, das gesamte Modell neu zu berechnen. Wenn Sie ein Teilmodell vergrößern, können Sie schnell erkennen, was in den stark beanspruchten Regionen vor sich geht. Und das mit größerer Detailgenauigkeit und deutlich geringerer Lösungszeit!

Submodell eines thermischen Spannungsergebnisses auf einem PCB-Mikrochip
Abbildung 4: Submodell eines thermischen Spannungsergebnisses auf einem PCB-Mikrochip

2D-Vereinfachung

Bevor ich mit einer linearen statischen Analyse beginne, prüfe ich, ob die Geometrie und die Belastung achsensymmetrisch sind bzw. in eine Umgebung mit ebenen Spannungen oder ebenen Dehnungen vereinfacht werden können. Die 2D-Vereinfachung kann Geometrie- und Belastungsbedingungen nutzen. Durch einen einfachen Schnitt kann ich ein komplexes System auf ein viel übersichtlicheres Modell reduzieren. Indem ich einen Querschnitt eines ebenen oder achsensymmetrischen Modells verwende, kann ich diese Arten von Simulationen in einem Bruchteil der Zeit lösen, ohne die Netzdichte zu beeinträchtigen. Alle Ergebnisse der 2D-Vereinfachung können immer noch in voller 3D-Darstellung betrachtet werden. Dies verhilft anderen zu einem besseren Verständnis, wenn ich meine Ergebnisse vorstelle.

Ergebnisse der achsensymmetrischen 2D-Vereinfachung, visualisiert in 2D und 3D
Abbildung 5: Ergebnisse der achsensymmetrischen 2D-Vereinfachung, visualisiert in 2D und 3D

 

Dies sind jetzt nur meine fünf wichtigsten Funktionen von Simulation Professional. Diese sind sehr hilfreich, selbst wenn ich nur eine lineare statische Finite-Elemente-Analyse durchführen muss. Ich hoffe, dass Sie ein Upgrade auf Simulation Professional für Ihr nächstes Konstruktionsanalyseprojekt in Betracht ziehen und so Ihre Produktivität steigern!

Autor: Brian Zias, Senior Territory Technical Manager bei Dassault Systemes SOLIDWORKS

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