FEM-Analyse / Festigkeitsberechnung

Absicherung von Funktion und Produktqualität durch Finite Elemente Methode

Bei der FEM-Analyse, der sogenannten Finite Elemente Methode (FEM) bzw. der FEM Berechnung, geht es zu einem grossen Teil um die Berechnung der Verformung einer Konstruktion unter verschiedenen Belastungen und der daraus resultierenden inneren Spannungen. Auf diese Weise lassen sich Schwachstellen in einer Konstruktion finden, berechnen und visualisieren. Insbesondere auf Basis einer FEM Berechnung können Optimierungsmassnahmen erarbeitet werden bzw. mittels Topologieoptimierung automatisch das beste Design berechnet werden. Um beispielsweise die Festigkeit der Konstruktion zu belegen, werden ausserdem Festigkeitsnachweise für Verbindungen und Einzelteile im Kontext des Gesamtsystems erstellt. Eine solche Festigkeitsberechnung sichert den Konstrukteur bzw. den Entwicklungsingenieur auch rechtlich ab. Geht diese FEM-Analyse einher mit einer angepassten Konstruktionslösung für eine Produktinnovation, sichern sie sich somit Ihre Produktqualität.

Die FEM-Analyse gehört im Maschinen- und Anlagenbau mittlerweile zum festen Bestandteil der Produktentwicklung. Ursprünglich war die Produktentwicklung mit Hilfe der FEM-Analyse aufgrund der dafür erforderlichen Infrastruktur eher auf den Automotive sowie Luft- und Raumfahrtbereich beschränkt. Inzwischen stellt dies jedoch keine Einschränkung mehr dar wodurch die numerische Simulation in allen Bereichen eingesetzt werden kann. Insbesondere um Zeit und Kosten zu sparen. Zum Beispiel dadurch, dass Konstruktionen schon vor dem ersten Prototypenbau hinsichtlich ihrer korrekten Funktionsweise überprüft werden.Mit einer FEM-Analyse lassen sich gezielt Schwachstellen in der Konstruktion aufdecken, sodass noch vor dem ersten realen Test Ausbesserungen vorgenommen werden können. Während der Festigkeitsberechnungen wird häufig auch die Strukturoptimierung einzelner Bauteile bearbeitet, sodass Material und dadurch Kosten bei optimaler Bauteilfunktionalität eingespart werden. Durch die Anwendung von FEM-Analysen ist es möglich, lediglich die Prototypen zu testen und zu validieren, die bereits in der Simulation vielversprechende Ergebnisse liefern.

Versagenshypothesen aufstellen und Optimierung durch FEM-Analyse

Für eine Versagensbewertung werden vor der FEM Berechnung die Versagenskriterien anhand des Materialmodells festgelegt. Ferner die Risikofaktoren und wirkende Lasten realitätsgetreu abgebildet und anschliessend digital auf die Gesamtkonstruktion angewendet. Diese Versagensbewertung kann auch mehrfach durchgeführt werden beispielsweise für ein einmaliges Worst-Case Szenario oder für eine langfristige Nutzung eines Produktes.

Leichtbaustrukturen müssen oft den geforderten Belastungen bei minimalem Gewicht standhalten. Der steigende Kostendruck erfordert dabei, die bestehenden Konstruktionen auf die Marktfähigkeit zu optimieren. Durch eine Strukturoptimierung mithilfe von FEM-Berechnungen lässt sich somit mit minimalem Materialaufwand eine maximale Bauteilfestigkeit erzielen (Topologieoptimierung).

UNSERE LEISTUNGEN:

  • Grosses Know-How im Bereich Materialien (Stahl, Kunststoff, Keramik, etc.) und Materialmodelle durch Einbezug von Material-Wissenschaftlern und -Datenbanken.
  • FE-Simulation:
    – Thermisch (statisch, transient)
    – Mechanisch (statisch, transient, dynamisch, linear-elastisch, plastisch, Kriechen)
  • Interpretation der Resultate (Instabilität, Überbelastung, Ermüdung, etc.)
  • Überprüfung und Interpretation der Sinnhaftigkeit der Resultate und des FE-Modells mittels analytischer Referenzrechnung oder Messungen.
  • Nachweis nach FKM-Richtlinie oder anderer vorgegebenen Normungen oder Richtlinien.
  • Beurteilung der Konstruktion: Ist-Situation und Erarbeiten optimierter Konstruktionsvarianten.

QUO betrachtet die Problemstellung ihrer Kunden ganzheitlich. Das Ziel von QUO ist es, dem Kunden ein Verständnis für die Problematik zu vermitteln und die Erkenntnisse aus den Berechnungen der FEM-Analyse zu übermitteln. Und zwar so, dass diese auch in bevorstehende Konstruktionen des Kunden einfliessen können. Somit resultieren daraus auch künftig gewinnbringende Ergebnisse

QUO hat ihre Kompetenz in diesem Bereich bereits in verschiedenen Projekten unter Beweis gestellt. Unsere Kompetenzträger stehen Ihnen gerne beratend zur Verfügung:

QUO unterstützt ihre Kunden in der Produktentwicklung durch FEM-Analyse, um das bestmögliche Resultat zu erzielen.

 

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