Finite-Elemente-Methode I FEM

Berechnung und Simulation mit SIMULIA-Software rund um Abaqus Unified FEA

Mit Hilfe von FEM-Software können Sie als Anwender insbesondere das reale Verhalten von Komponenten mit geometrisch komplexen Formen unter verschiedensten Bedingungen simulieren und Ihren Entwicklungsprozess so weitaus schneller und effizienter gestalten.

 

Was ist das Prinzip der Finite-Elemente-Methode?

Das zu analysierende Bauteil wird in kleinere, beispielsweise tetraedrische Segmente zerlegt. Man spricht von „finiten Elementen“. Da das Verhalten dieser Teilelemente berechnet werden kann, kann mit Hilfe von numerischen Näherungsverfahren auch das Verhalten des gesamten Bauteils näherungsweise abgebildet werden. Noch bevor ein Prototyp gebaut wird, können anhand des so entstehenden virtuellen Modells beliebig viele Tests durchgeführt werden. Die Anzahl der benötigten physischen Prototypen wird so deutlich reduziert.

In der Automobilindustrie sind Entwicklungsteams beispielsweise in der Lage, mithilfe einer gewöhnlichen Modelldatenstruktur und integrierter Solver-Technologie komplette Fahrzeugbeladungen, die Schwingungsdynamik, Mehrkörpersysteme, einen Aufprall/Crash, die nichtlineare Statik, die Wärmekopplung sowie die Kopplung von Akustik und Strukturverhalten zu untersuchen.

 

Was macht uns zu Spezialisten auf dem Gebiet der FEM-Simulation?

Zum Zeitpunkt der Gründung unseres Unternehmens im Jahr 1971 zählte das Haus Wölfel zu den Pionieren in der Finite-Elemente-Methode in Deutschland. Heute gehören wir mit jährlich über 800 Projekten in unseren Fachgebieten Strukturmechanik, Dynamik und Akustik zu den führenden Ingenieurunternehmen in Europa.

Als zertifizierter Vertriebs-, Support- und Servicepartner von Dassault Systèmes arbeiten wir außerdem mit einem der führenden Entwickler auf diesem Gebiet zusammen. Unser Portfolio reicht von der FEM-Berechnung mit SIMULIA/Abaqus über Topologie-Optimierung mit SIMULIA/Tosca und parametrische Optimierung mit SIMULIA/Isight bis hin zur Lebensdauerberechnung mit SIMULIA/fe-safe. Mit diesen optimal aufeinander abgestimmten Simulationstools können Anwender branchenunabhängig sowohl Routineaufgaben als auch komplexe Entwicklungsprojekte realisieren.

VERBESSERTE
PRODUKTQUALITÄT

  • Virtuelle Funktionsprüfung
  • Virtuelle Festigkeitsnachweise
  • Schnelle Beurteilung unterschiedlicher Varianten

GERINGERE
KOSTEN

  • Frühzeitige Erkennung von Schwachstellen
  • Weniger und gezieltere Versuche
  • Materialersparnis
     

BESSERE
KONKURRENZFÄHIGKEIT

  • Simulation als Innovationstreiber
  • Kürzere Entwicklungszeiten
  • Optimierte Produkte

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Dipl.-Ing. Wolfgang Rupp

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Ich berate Sie gerne beim Erarbeiten, Optimieren und Automatisieren Ihrer Simulationsprozesse sowie bei Fragen rund um Ihre Lizenzen und die Arbeit mit SIMULIA-Software.

 

SIMULIA/Abaqus Unified FEA

Die weltweit führende Software-Suite für die Modellierung, Lösung und Visualisierung struktureller Finite Elemente

Um im Entwicklungsprozess einzelne Konstruktionsvarianten virtuell abzubilden, werden oftmals mehrere Simulationstools verschiedener Anbieter verwendet. Das Arbeiten mit heterogenen Simulationsumgebungen ist allerdings insbesondere in Bezug auf die Datenübergabe häufig fehleranfällig, arbeitsintensiv und damit letztendlich teuer. SIMULIA stellt unter der Benutzeroberfläche von Abaqus/CAE eine skalierbare Palette aufeinander abgestimmter Analysetools bereit. Simulationsdaten können damit nahtlos ausgetauscht werden, Prozesse werden optimiert und konsolidiert.

Durch die extrem leistungsfähigen und zuverlässigen Solver Abaqus/Standard und Abaqus/Explicit eignet sich die Software-Suite insbesondere dazu, komplexe Prozesse zu simulieren. Dazu zählen:

  • Hochgradig nichtlineares Materialverhalten
  • Veränderliche Geometrie mit extrem großen Verformungen
  • Kontakt und Selbstkontakt
  • Multiphysikalische Phänomene (z.B. Fluid-Struktur-Wechselwirkungen)
  • Transiente Dynamikereignisse (z.B. Falltests/Crash)

Die Vorteile von SIMULIA/Abaqus Unified FEA auf einen Blick:

Schnelle Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionsvarianten

Geringere Kosten durch weniger und gezieltere Versuche

Verbesserte Produktqualität

 

Umfassendes Softwarepaket in einer Lizenz vereint (SIMULIA/Abaqus + SIMULIA/Tosca, SIMULIA/Isight und SIMULIA/fe-safe)

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Topologieoptimierung mit SIMULIA/Tosca

Effizientes Strukturdesign in verkürzter Entwicklungszeit

Leicht, sicher, komfortabel, effizient und langlebig sollen Produktinnovationen sein. SIMULIA/Tosca Structure hilft Konstrukteuren dabei, einzelne Strukturen oder ganze Baugruppen zu entwerfen, die diese und weitere Anforderungen erfüllen und dabei den zur Verfügung stehenden Konstruktionsraum optimal nutzen. 

Durch Topologie-, Dicken-, Form- und Sickenoptimierung können Materialeinsatz und Gewicht minimiert und die Gesamtleistung des Produkts maximiert werden. Da die verschiedenen Konstruktionsvarianten virtuell erstellt, getestet und verglichen werden, verkürzt sich die Entwicklungszeit und das neue Produkt kann schneller auf dem Markt eingeführt werden. 

SIMULIA/Tosca Structure arbeitet auf Basis von FEA-Simulationen. Durch die nahtlose Integration der Konstruktionsdaten ist eine zeitaufwendige Parametrierung nicht notwendig. Das Tool eignet sich auch für besonders anspruchsvolle Aufgaben mit Kontakt, ausgeprägten Materialnichtlinearitäten und großen Verformungen. 

Die Vorteile von SIMULIA/Tosca Structure auf einen Blick:

Verbesserte Gesamtleistung Ihres Produkts

Entwickeln von langlebigeren und leichteren Komponenten und Produkten

Optimierung hinsichtlich Fertigungs-
randbedingungen

Entdecken von neuen Konstruktions-
möglichkeiten

Reduzierte Anzahl an Produktentwicklungs-
zyklen

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Automation von Entwicklungsprozessen mit SIMULIA/Isight

Parametrische Optimierung, DOE und Robust Design

In der komplexen Produkt- und Fertigungsentwicklung von heute sind häufig verkettete Simulationsprozesse erforderlich, bei denen die Parameter und Ergebnisse eines Softwarepakets als Input für ein anderes Paket benötigt werden. Eine manuelle Eingabe kostet viel Zeit, ist fehleranfällig und verlangsamt so die gesamte Produktentwicklung.

In SIMULIA/Isight wird der Prozessablauf mit allen Anwendungen in einem virtuellen Versuchsplan grafisch abgebildet. Über das „Drag and Drop“-Prinzip können einzelne Simulationsanwendungen oder selbst entwickelte Skripte direkt in den Workflow integriert werden. Isight automatisiert daraufhin den Datenaustausch zwischen den Schnittstellen und die Ausführung der Anwendungen. In wenigen Stunden kann so eine Vielzahl von Varianten getestet werden. Außerdem bewertet SIMULIA/Isight Ergebnisgrößen und identifiziert die optimalen Konstruktionsparameter (parametrische Optimierung). 

Die Vorteile von SIMULIA/Isight auf einen Blick:

Automatisierter Datenaustausch in einem offenen System

Beschleunigung der Iterationsschritte und Verkürzung des Entwicklungsprozesses

Erhöhte Qualität und Zuverlässigkeit Ihres Produkts

Niedrigere Entwicklungskosten

Von Isight nutzbare Aktivitätskomponenten

  • Abaqus
  • NX Nastran
  • STAR-CCM+
  • MSC.Adams
  • MSC.Patran
  • ANSYS
  • LS-DYNA
  • MADYMO
  • Adams Car
  • Catia V5
  • SolidWorks
  • Pro Engineer
  • Unigraphics NX
  • SimCode
  • DLL
  • XML
  • COM
  • Email
  • Databases
  • JAVA Script
  • Price-H
  • Excel
  • Matlab
  • Data Matching
  • Calculator

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SIMULIA/fe-safe

Die weltweit führende Software zur Lebensdaueranalyse von FEM-Modellen

Komponenten und Produkte sollen durch geringeren Materialeinsatz immer leichter werden, ohne dabei an Qualität und Widerstandsfähigkeit einzubüßen. Denn Ermüdungsbrüche sind teuer und können zu Unfällen, mindestens aber zu kostspieligen Produktrückrufen und Garantieansprüchen führen.

Das manuelle Definieren und Analysieren von Spannungspunkten ist zeitaufwendig und häufig ungenau. Fügt man auf Grund falscher Annahmen Material an vermeintlichen Bruchstellen hinzu, ist das Produkt im schlechtesten Fall zwar schwerer, aber nicht länger haltbar.

SIMULIA/fe-safe setzt multiaxiale, spannungs- oder dehnungsbasierte Ermüdungsmethoden ein, um die Lebensdauer eines Produkts zu analysieren. Die Software ermöglicht es den Einfluss von Lasthistorien aus Fertigungsprozess, Betriebslast, hoher Temperatur und Kriechen zu ermitteln.

Die Berechnung setzt dabei auf den Ergebnissen von SIMULIA/Abaqus oder anderen gängigen FEM-Lösungen wie ANSYS und NASTRAN auf. Die Ergebnisse stehen unabhängig von der Komplexität der Analyse schnell zur Verfügung und werden beispielsweise in Abaqus/CAE visualisiert. Plots mit Isolinien zeigen die zu erwartende Lebensdauer. Punkte, an denen ein Anriss zu erwarten ist, werden markiert. 

SIMULIA/fe-safe verfügt über eine umfangreiche Materialdatenbank und eignet sich insbesondere für Produkte und Komponenten aus Metall und Elastomeren. Baugruppen mit unterschiedlichen Teilen, Oberflächen und Werkstoffen können in einem einzigen Durchgang analysiert werden.

Die Vorteile von SIMULIA/fe-safe auf einen Blick:

Ermüdungs-Hotspots werden identifiziert

Die Lebensdauer entscheidender Komponenten wird verlängert

Werkstoff kann an den richtigen Stellen eingespart oder ergänzt werden

Produktrückrufe und Garantiekosten werden gesenkt

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