Simulation Dank Variationen einfach zum optimalen Design

Autor / Redakteur: Nico Nagl / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Mit Simulationen auf Grundlage parametrischer 3D-CAD-Daten lässt sich das Produktverhalten analysieren, um die gewünschten Produkteigenschaften gezielt zu erreichen.

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Die systematische Variation und Optimierung, basierend auf numerischer Simulation, untersützt den Produktentwicklungsprozess.
Die systematische Variation und Optimierung, basierend auf numerischer Simulation, untersützt den Produktentwicklungsprozess.
(Bild: Cadfem)

Das Zusammenspiel von CAD-Konstruktion und Finite-Elemente-Simulation ist ein zentraler Baustein in der virtuellen Produktentwicklung. Das Simulationswerkzeug Ansys Workbench bietet die Möglichkeit, Produkte hinsichtlich mechanischen, thermischen und elektromagnetischen Eigenschaften mittels Finite-Elemente-Simulation zu untersuchen. Eine einzelne Berechnung liefert jedoch nur eine punktuelle Aussage über die definierten Produkteigenschaften.

Ein Vergleich von mehreren Varianten gibt dagegen Aufschluss über das Produktverhalten, sodass gezielt Änderungen vorgenommen werden können. Hierdurch lassen sich Verbesserungen und kundenspezifische Anpassungen umsetzen. Die Untersuchung von Designvarianten kann mit einem parametrischen Ansatz, der sowohl von den CAD-Systemen als auch von der FE-Simulation unterstützt wird, einfach realisiert werden. Mit entsprechend definierten Parametern lassen sich Änderungen sowohl von Geometriemaßen als auch von Materialkennwerten, Lasten und Randbedingungen leicht durchführen.

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Werkzeug zur systematischen Untersuchung

In die Simulationsumgebung Ansys Workbench ist ein Werkzeug zur systematischen Untersuchung von Designvarianten und Optimierung integriert – Optislang inside Ansys. Dieses Softwarepaket ergänzt die Stärken der voll parametrischen, multidisziplinären Berechnungssoftware von Ansys Workbench durch einen automatisierten und intuitiv bedienbaren Workflow zur Robust Design Optimierung. Hierzu zählen erstens Sensitivitätsanalysen, mit denen Zusammenhänge zwischen den Variationsgrößen und relevanten Ergebnissen erkannt werden, zweitens Optimierungen zur zielgerichteten Verbesserung von Produkteigenschaften und drittens Robustheitsbewertungen, die streuende Einflüsse berücksichtigen. Auf letztere wird in diesem Artikel nicht näher eingegangen. Diese einzelnen Berechnungsmethoden greifen auf die in der Simulationsumgebung definierten Parameter zu.

Wichtige Einflussfaktoren erkennen

Bei einer Sensitivitätsanalyse werden die Variationsgrößen zwischen zwei Grenzwerten verändert und jeweils entsprechende FE-Simulationen durchgeführt. Dabei wird der Anwender von der Software unterstützt, indem diese die Wahl der geeigneten Varianten übernimmt.

Mit der Sensitivitätsanalyse bekommt der Entwicklungsingenieur einen Einblick in die Zusammenhänge zwischen den variierten Parametern und den berechneten Ergebnissen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Identifizierung von dominanten Einflussgrößen, sodass der Entwicklungsingenieur die Produkteigenschaften mit einer anschließenden Optimierung gezielt verändern kann.

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