FE-Strukturanalysen

Mit Hilfe von FE-Strukturanalysen werden die Geometrien und Belastungsfälle eines Bauteils oder einer Baugruppe modelliert und berechnet. Das Ergebnis kann zur Materialauswahl, zur Geometrieoptimierung oder zum Festigkeitsnachweis genutzt werden. Die Simulation ermöglicht es, die neuralgischen Stellen im Design früh zu erkennen und so den Materialeinsatz zu reduzieren, eine belastungsgerechte Konstruktion zu ermöglichen und teure Änderungsschleifen in einer späten Projektphase zu verhindern.

Besonders bei mechanisch hoch belasteten Kunststoffteilen kommen häufig faserverstärkte Werkstoffe zum Einsatz, deren mechanische Eigenschaften anisotrop, d.h. abhängig von der Richtung der Faserorientierung unterschiedlich sind. Um möglichst genaue Rechenergebnisse zu erhalten, ist es notwendig, die Faserorientierung zu kennen und in die Strukturanalyse einfließen zu lassen. Bei einer sogenannten integrativen Simulation werden, die mit Hilfe einer Spritzgusssimulation die Faserorientierungen in die Strukturanalyse übertragen und berücksichtigt. Für Initial-Rechnungen, Materialvergleiche und vor allem für nicht verstärkte Materialien kann das Modell so weit vereinfacht werden, dass eine integrative Simulation nicht notwendig ist und eine normale Strukturanalyse eingesetzt werden kann.

In der Spritzgusssimulation wird zunächst die Füllung der Kavität mit Kunststoffschmelze berechnet. Abhängig vom Anspritzpunkt, der Wandstärkengestaltung und der Prozessparameter ergibt sich ein Füllbild.

Die Strömungsvorgänge beim Füllen der Kavität sorgen durch Scher- und Dehnströmungen für die Ausprägung der Faserorientierung, die sich ebenfalls mit Hilfe der Spritzgusssimulation berechnen und darstellen lässt. Die Faserorientierung wird auf das FE-Netz übertragen und die anisotropen Materialeigenschaften eingegeben.

Mit den so erhaltenen Ergebnissen lässt sich die mechanische Belastung deutlich genauer vorhersagen, als mit gängigen isotropen Berechnungen. Das Ergebnis: keine "Angstzuschläge" die sich in Form von überflüssigen Materialverbrauch auswirken und keine unerwarteten Schwachstellen durch Bindenähte oder ungünstige Faserorientierung.

Durch die Kopplung von Spritzgusssimulation und FE-Strukturanalyse gelangen Sie noch schneller zu noch besseren Spritzgussteilen - mit Sicherheit und höchster Materialeffizienz.

Um eine zuverlässige Aussage über die mechanische Performance Ihres thermoplastischen Bauteils treffen zu können nutzen wir ANSYS mechanical. Aufgrund der Diskretisierung des Bauteils in finite Elemente ist es möglich komplexe Bauteile zu berechnen. Dabei wird für jedes finite Element ein Gleichungssystem gelöst welche nachher zu einem Gesamtgleichungssystem zusammengefasst werden und dessen Lösung abgelesen und interpretiert werden kann.

Die nachfolgende Liste beschreibt verschiedene Problemstellungen und Auswertmöglichkeiten, die mit Hilfe der Strukturanalyse untersucht und vermieden werden können:

  • mögliche Auslenkung von Schnapphaken
  • Materialauswahl
  • Verformung durch definierte Belastung
  • resultierende Spannungen
  • entstehende Kräfte

Die Auswertung der Simulationsergebnisse mit Problemstellen sowie Optimierungsvorschlägen stellen wir Ihnen in einem Abschlussbericht zur Verfügung. Auf Wunsch und bei großen zeitlichen Herausforderungen können wir Ihnen die Ergebnisse live präsentieren und erst mal nur Maßnahmen ableiten, damit Ihr zeitlicher Engpass nicht noch knapper wird. Den Abschlussbericht erhalten Sie dann einige Tage später.

Abbildung: Belastung im Karabiner 2.0 unter Zugbelastung

Wird Ihr Bauteil in der Anwendung mit einem Innendruck belastet? Eine definierte Kraft greift an Ihrem Bauteil an? Oder die Schnapphaken werden beim Zusammenbau um 0,3 mm ausgelenkt? Dann ist es wichtig, dass Sie testen, ob Ihr ausgewählter Werkstoff diesen Belastungen standhalten kann und ob sich die Geometrie Ihres Bauteils für den Anwendungsfall eignet. Eine solche Überprüfung ist mit einer Strukturanalyse möglich. Die Ergebnisse einer Strukturanalyse können Ihnen auch helfen eine Auswahl von verschiedenen Materialien simulativ zu testen, bevor Sie sich final festlegen.

Probieren Sie es aus - Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme.