Simulation und Berechnung FEM-Berechnung mit Weitblick

20 Jahre Erfahrung mit numerischer Simulation zeigen, das neue CAE-Tools höhere Anforderungen an das technische Verständnis der Anwender stellen.

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CADFEM Germany GmbH

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

KISSsoft AG

invenio Lintner Engineering GmbH numerische Simulationen

Eine Festigkeitsberechnung nach der Finite Elemente Methode (FEM) ist heute fester und nicht wegzudenkender Bestandteil des Entwicklungsprozesses. Integrierte Berechnungstools führender CAD-Systeme machen ein schnelles und effektives Abschätzen von mechanischen Spannungen in den zu entwickelnden Bauteilen möglich. So kann der Konstrukteur ohne spezielle FEM-Vorkenntnisse mit wenigen Mausklicks die Randbedingungen aufprägen, Belastung definieren und die Analyse starten. Schnell liegen die Berechnungsergebnisse vor.

Da diese „schnellen“ Lösungen benutzerfreundlich und einfach sind, bieten sie eine kostengünstige Möglichkeit, um das Strukturverhalten des Bauteils zu verdeutlichen und die eventuellen Schwachstellen schon im Vorfeld zu erkennen. Doch: die Mechanik und die Zusammenhänge der Simulation rücken in den Hintergrund und es entsteht eine gefährliche Fehlerquelle. Denn die genaue Erfassung und präzise Definition der Randbedingungen ist entscheidend für das spätere Berechnungsergebnis.

Beispiel: Spannungsermittlung an einem Lagergehäuse

Ein Beispiel an einem Lagergehäuse (Bild 1) soll verdeutlichen, wie wichtig ein realistischer Aufbau des Berechnungsmodells und die Auswahl der Systemgrenze für das Resultat sind. Das Lagergehäuse wird über zwei Schrauben befestigt. Im Lager in der Gehäusemitte greift eine vertikale Kraft nach oben.

Um die Spannung zu ermitteln, wird die Analyse meist in folgenden Schritten durchgeführt:

• Lasteinleitung in der zentralen Bohrung
• feste Einspannung im Schraubenbereich

Wird bei der Lasteinleitung kein Lastgeber (beispielsweise Lager oder Welle) berücksichtigt, müssen die Kräfte realistisch eingeleitet werden. Im vorliegenden Fall darf nicht die komplette zylindrische Fläche belastet werden, sondern nur ein Winkelsegment von etwa 120°. Die daraus resultierende Spannungsverteilung zeigt Bild 3.

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