Mechanische Simulation von komplexen Baugruppen

Anhand der Berechnung des „Work-and-Go“ will ich Ihnen heute die Vorteile von Simulationen von großen Baugruppen mit SIMSOLID  vorstellen.

Die klassische Finite Element Methode ist eine bewährte Lösung wenn es darum geht komplexe mechanische Probleme zu berechnen.

Alles was man braucht sind die Geometrie, Materialdaten und Belastungen. Dann wählt man die FEM-Software seines Vertrauens, importiert die Geometrie und weist die Materialdaten den Einzelnen Bauteilen zu.

Der größte Schritt ist das Vernetzen, hier entscheidet sich wie genau die Ergebnisse der Berechnung sein werden und wie lange man darauf warten muss. Oft wird die Geometrie stark vereinfacht um weniger Elemente berechnen zu müssen. Das macht auch oft Sinn: Spart man zum Beispiel die Hälfte der Elemente ein, so wird die Berechnungszeit auf ca. ein Viertel schrumpfen und man benötigt weniger Arbeitsspeicher.

Dadurch kommt man eventuell in Versuchung Baugruppen stark zu vereinfachen um schneller Ergebnisse zu bekommen!

Wie soll man aber eine Baugruppe vereinfachen welche 1000 Einzelteile mit ca. 3500 Kontakten hat?  Ganz sicher rät Ihnen jeder Berechnungsingenieur davon ab, eine solche Baugruppe auf ihrem Laptop zu berechnen.

Kontaktflaechen sind rot markiert

Mit SIMSOLID können problemlos sehr große Baugruppen mit vielen Kontakten berechnet werden. Das funktioniert weil diese Software einen ganz anderen Weg geht als „klassische“ Finite-Element Programme. Statt komplexe Bauteile in sehr viele kleine Elemente zu zerlegen, analysiert SIMSOLID die 3D-Daten direkt und verwendet spezielle Element-Formulierungen um die Geometrie effizient berechnen zu können. (weitere Informationen: https://www.simsolid.com/white-papers/)

Das Eingeben aller Randbedingung unterscheidet sich kaum zu gewöhnlichen FEM-Programmen. Es können Materialdaten für jedes Teil definiert werden, Kontakte zwischen mehreren Teilen gesucht und festgelegt werden und äußere Belastungen angegeben werden.

In diesem Beispiel wurden folgende Lasten definiert:

  • Fixierte und gleitende Lagerungen an den Auflageflächen zum Boden
  • Die Schraubenvorspannung welche die Konstruktion zusammenhält und stabilisiert
  • Die Einzellast in der Mitte der Lauffläche welche die Gewichtskraft einer Person entspricht + großer Sicherheitsfaktor 🙂

Wenn alles korrekt definiert ist kann man die Berechnung starten. Im Gegensatz zur FEM-Methode muss man auch nicht lange auf die Lösung warten:

Übersicht Berechnungszeit

Als Ergebnis kann man sich die Gesamtverformung anzeigen lassen: (Achtung: Die Verformung wird um ein vielfaches verstärkt angezeigt)

Animation Verformung

Außerdem lassen sich die Mechanischen Spannungen in den Bauteilen darstellen. Im folgenden Bild kann man deutlich sehen wie durch das Anziehen der Schrauben die dahinterliegenden Rohr-Verstrebungen vorgespannt werden:

Animation Schraubenvorspannung

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