FEM Simulation

Wir sind Ihr Dienstleister für optimierte und wirtschaftlichere Konstruktionen

Wir führen als zuverlässiger Dienstleister FEM-Simulationen durch, um das Design der Produkte für eine hohe Ausfallsicherheit bei einzusparender Bauteilmasse zu optimieren, verbesserten Konstruktionskonzepten und um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen und somit Kosten zu reduzieren.
Die Struktursimulationen von uns werden mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM Simulationen) durchgeführt. Unsere FEM-Simulation und die entscheidende fachgerechte Ergebnisauswertung liefern wertvolle Erkenntnisse aus denen frühzeitig Ansätze für Konstruktions und Produktverbesserung abgeleitet werden können. Damit auch die entsprechenden Sicherheitsanforderungen erfüllt, erfolgt die Ergebnisauswertung der Ergebnisse nach Richtlinien und Normen.



Strukturmechanik

Statische und transiente FEM-Analysen


Jede Konstruktion ist mechanischen Belastungen ausgesetzt. Beginnend mit dem Eigengewicht in Folge des Gravitationsfeldes, kommen in den meisten Fällen noch weitere mehrachsige Lasten wie Kräfte, Drücke oder Massenträgheitskräfte von positiven wie negativen Beschleunigungen hinzu. Ist die Konstruktion nicht ausreichend dimensioniert, können Schadensfälle eintreten. Bei einer Überdimensionierung ist noch Potenzial für Material- und somit Gewichtseinsparungen für eine bessere Wirtschaftlichkeit vorhanden.

Mit Hilfe von FEM Simulationen werten wir die auftretenden Verformungen, Spannungen und Dehnungen in Ihrer Konstruktion aus. Darauf basierend führen wir Festigkeitsnachweise anhand Branchenüblichen Nachweisverfahren und Regelwerke durch.

Bei der FEM-Simulation können die unterschiedlichsten Modellannahmen berücksichtigt werden:

  • lineare und nichtlineare Werkstoffmodelle
  • linearer und nichtlinearer Kontakt
  • geometrische Nichtlinearität
  • Beulen / Knicken
  • Kriechen, Plastizität

Lassen Sie sich durch unsere Expertise, für FEM Simulationen, schon in einer frühen Phase der Produktentwicklung unterstützen. Mit unserer Dienstleistung kann in der frühen Entwicklungsphase Konstruktionsansätze für eine Gewichtsreduzierung bei höherer Produktsicherheit abgeleitet werden. Mit unseren FEM Simulationen können Sie nicht validierungsfähige Prototypen vermeiden und die Anzahl der erforderlichen Validierungen für die Prototypen minimieren.

Produkte / Anwendungen:

  • statischer Nachweis mit Vergleichspannungshypothesen
  • Kontaktauswertung: Reibspanung, Flächendruck, geometrischer Spalt
  • Spannung und Losbrechmomente von Übermaßpassung
  • Plastizitäten: Umformtechnik, statisch und quasistatisch
  • lineares und nicht lineares Beueln von Behälter und knicken von schlanken Strukturen
  • Verbindungselemente: Schrauben, Schweißnähte, etc.
  • Dynamische Lasten, Containmenttest, Kollisionen
FEM Simulation als Dienstleistung von Smart C.A.E Solutions: Zylinderlaufbuchse
FEM-Simulation Zylinderlaufbuchse


FEM Simulation als Dienstleistung von Smart C.A.E Solutions: Kontaktanalyse
FEM-Simulation Flächenpressung Zahnradpaar


FEM Simulation als Dienstleistung von Smart C.A.E Solutions: Umformung
FEM-Simulation Umformverfahren




Schwingungen

Schwingungsanalysen mittels FEM-Simulation


Konstruktionen werden durch dynamische Lasten zum schwingen angeregt. Erfolgt eine Anregung im Bereich der Eigenfrequenz, kann dies zu einer Resonanz und bis zum Versagen der Konstruktion. Weiterhin kann bei einer falschen Dimensionierung ein Ermüdungsbruch auftreten.

Um die optimale Lösung für Ihre Problemstellung zu finden, bieten sich folgende Möglichkeiten an:

  • Modalanalysen zur Bestimmung von Eigenfrequenzen
  • Frequenzganganalysen für sinusförmige Belastungen wie z.B. Unwuchten
  • Antwortspektrenverfahren für nicht lineare Lasten wie z.B. bei Kollisionen, Containmenttest
  • PSD-Analysen für zufallserregte Schwingungen
  • Transiente Analysen bei dynamischen Lasten
  • Akustik, Schallabstrahlung von schwingenden Konstruktionen

Nutzen Sie daher die Expertise von uns als FEM-Dienstleister im Bereich der Schwingungsanalysen. Wir simulieren das Schwingungsverhalten Ihres Produktes im Vorfeld und führen einen Festigkeitsnachweis. Wir unterstützen Sie bei eventuell notwendigen Optimierungen. Mit Hilfe unserer FEM Simulationen können Schwachstellen frühzeitig erkannt und Bauteilversagen durch Schwingungen vermieden werden.

Produkte / Anwendungen:

  • Eigenfrequenzen von Konstruktionen
  • Konstruktionen unter Wellenbelastungen
  • Rotordynamik und Unwuchten
  • Containment Simulation
  • Schocktests
  • Fall- und Kollisionstest
  • Schallabstrahlungen von schwingenden Konstruktionen
  • Simulation von Druckpulsationen in Behältern
  • Mehrkörpersimulationen
Frequenzganganalyse eines Industrie-Robotor von Smart C.A.E Solution mit Hilfe einer FEM-Simulation
Frequenzganganalyse eines Industrie-Robotor


Schallabstrahlung einer Schiene von Smart C.A.E Solution mit Hilfe einer FEM-Simulation
Schallabstrahlung einer schwingenden Schiene


dB-Pegel einer Schiene von Smart C.A.E Solution mit Hilfe einer FEM-Simulation
dB-Pegel einer schwingenden Schiene




Thermische FEM-Simulationen

Daraus resultierende Belastungen Aufgrund thermischer Dehnung erkennen Kontstruktionen zu optimieren


Die Thermomechanik beschreibt das Zusammenspiel aus verschiedenen Temperaturen und deren mechanischen Belastungen Aufgrund von thermischen Dehnungen eines Bauteil oder eine Baugruppe. Belastungen aus thermischen Dehnungen in Folge eines Temperaturgradienten werden oft unterschätzt und können zu einem Bauteilversagen führen.

Mit den folgenden Analysedisziplinen aus dem Bereich der FEM Simulationen können wir mit unseren Dienstleistungen Ihre Produkte auf thermische Dehnungen und als Folge die Belastungen frühzeitig erkennen und somit die Konstruktion zu optimieren:

  • Stationäre Temperaturfelder
  • Instationäre Temperatufelder
  • Bauteilverformungen aufgrund der thermischen Dehnung
  • Thermische Spannungen und Dehnungen

Sind Ihre Produkte Temepraturfelder ausgesetzt etwa durch die Erwärmung eines stromführenden Leiter oder die Durchströmung mit einem Fluid? Dann sind unsere FEM Dienstleistungen die ideale Lösung für Ihr Unternehmen.

Produkte / Anwendungen:

  • Simulation von Aufheiz-, Abkühlvorgängen und mit Festigkeitsbewertung der thermischen Spannungen von Konstruktionen
  • Berechnungen von Temperaturfelder mit Fluid Kopplungen, z.B. Wärmeübertrager
  • Verformungen von Werkzeugmaschinen und Bewertungen von Bearbeitungstoleranzen aufgrund Temperatureinflüssen
  • Simulation von Heizelementen und stromführenden Leiter/Spulen (joulesche Wärme)
  • Berechnung von Wämretrahlung, z.B. Abschirmbleche und Hitzeschilde
Smart C.A.E Solution führt eine Temperatursimulation an einem Wärmeübertrager mittels FEM-Simulation durch
Temperatursimulation Wärmeübertrager mit Fluid-Kopplung


Smart C.A.E Solution führt eine Temperatursimulation an einer Zylinderlaufbuchse durch
Temperatursimulation Zylinderlaufbuchse mit thermische Spannung und Dehnung


Smart C.A.E Solution führt eine Temperatursimulation an einer Zylinderlaufbuchse durch
Temperatursimulation Zylinderlaufbuchse mit thermische Spannung und Dehnung




Eletromagnetische FEM-Simulationen mit Maxwell

Magnetische Flussdichte in der Maschine visualiseren und optimieren


Die FEM-Simulationen lassen sich für ein Vielzahl von physikalischen Bereichen anwenden und somit können auch die Maxwellgleichungen mit der finiten Element Methode ein einem Differenzengleichungsystem überführt und gelöst werden. Somit können detailliert die magnetischen Feldlinien und magnetischen Flussdichten in einem 2D Plot visualisert werden um die elektrische Maschine in einer frühen Kontrstruktionphase bereits zu optimieren.

Mit den folgenden Analysedisziplinen aus dem Bereich der FEM-Simulationen mit Maxwell können wir Ihnen helfen die visualisierten magnetischen Felder und Flussdichten besser zu verstehen und nachvollziehen zu können:

  • Magnetostatische Felder
  • quasistationäre elektromagnetische Felder
  • zeitliche elektromagnetische Felder, Maxwell
  • dreidimensionale Magnetfelder

Produkte / Anwendungen:

  • Berechnung von Permanentmagnete und Halbach Magnete
  • Simulation von Spulen und Wicklungen
  • Simulation von Transformatoren
  • Simulation von elektrischen Motoren
Smart C.A.E Solution führt eine Simualtion an einem elektrischen Motor mittels FEM-Simulation durch
zeitlich magnetische Feldlinie Eelektromotor


Smart C.A.E Solution führt eine Simualtion an einem elektrischen Motor mittels FEM-Simulation durch
magnetische Feldlinie Eelektromotor




Simulation von elektrischen Strömungsfelder

Berechnung und Visualisierung von elektrischen Felder


Mit den bereits erwähnten Maxwell-Gleichungen lassen sich auch allgemein elektrische Felder mathematisch beschreiben und simit simulieren.

Die Simulationen umfassen die Bereiche:

  • stationäre elektrische Strömungsfelder
  • elektrostatische Felder
  • zeitliche elektrische Felder
  • Wellenfelder

Sie möchten einen Peltier-Element verbessern oder ein Heizelement dimensionen. Dann sind unsere FEM-Dienstleistungen die ideale Lösung für Ihr Unternehmen.

Produkte / Anwendungen:

  • Berechnung von elekrischen Widerständen von Konstruktionen
  • Simulation von thermoelektrischen Effekten wie z.B. TEC (Peltier-Elementen)
  • Simulation von piezoelektrischen Effekten
  • Berechnung von Antennen
  • Berechnung von Heizelementen, PTC-Keramik
Smart C.A.E Solution führt eine Ssimulation einer Doppelreflektor Antenne durch
Abstrahlung Doppelreflektor Antenne


Smart C.A.E Solution führt eine Ssimulation einer Doppelreflektor Antenne durch
Abstrahlung Doppelreflektor Antenne




Topologieoptimierung auf Basis von FEM Simulationen

Kontruktionsansätze mit geringer Masse, mehr Tragfähigkeit und höhere Lebensdauer


Ob bei der Weiterentwicklung von bestehenden Konstruktionen, oder bei einer Neuentwicklung. Immer mehr Unternehmen setzten dabei auf die Möglichkeiten von Topologieoptimierungsverfahren. Die Zielsetzungen reichen dabei von besserer Wirtschaftlichekit, über Leichtbauvarianten, bis hin zur Steigerung der Tragfähigkeit durch clevere Konstruktionsansätze.

Hierzu setzt Smart C.A.E Solutions als FEM Dienstleister gezielt unterschiedliche Topologieoptimierungsverfahren auf Basis der FEM Simulationen ein:

  • Variantenstudien
  • Parameteroptimierung mit Hilfe der DOE
  • Sensivitätsanalyse um die Einflüsse und Wechselwirkungen mehrerer Parameter aufzuzeigen
  • Sicken-Optimierung zur optimalen Versteifung von Blechbauteilen

Produkte / Anwendungen:

  • Optimierung mechanischer Schwachstellen an beliebigen Konstruktionen
  • Optimierung von Guss- und Kunststoffbauteilen
  • Optimierung von Schweißbaugruppen und Schweißverbindungen
  • Auswahl geeigneter Schraubverbindungen und anderer Verbindungselemente
  • Reduzierung von Kerbspannungen zur Erhöhung der Dauerfestigkeit
  • Optimierung von Rippen und Sicken
  • Gewichtsoptimierungen (Materialeinsparung)
  • Steifigkeitsoptimierungen (Verformung, Eigenfrequenzen)
FEM-Dienstleister Smart C.A.E Solutions  führt Topologieoptimierung an einem Pleuel durch
Topologieoptimierung Pleuel


FEM-Dienstleister Smart C.A.E Solutions  führt Topologieoptimierung an einem Pleuel durch
Topologieoptimierung Pleuel, preprocessing


FEM-Dienstleister Smart C.A.E Solutions  führt Topologieoptimierung an einem Pleuel durch
Topologieoptimierung Pleuel, Ergebnis

Projektbeispiele zum Thema FEM Simulation