Simulationsgestütztes Design als Wettbewerbsvorteil

Der Maschinenbau für die Produktentwicklung besteht aus drei Hauptphasen: Entwurf, Simulation und Fertigung. Wissen Sie, was Simulation bedeutet? Wenn nicht, sind Sie nicht allein. Simulation kann abstrakt erscheinen und sogar ein wenig einschüchternd wirken. Wenn Sie als Manager oder Konstrukteur Ihr Wissen über Simulation und Analyse erweitern, können Sie Ihren Produkten, Ihrem Team und sich selbst helfen. Lesen Sie weiter, um die Grundlagen der Simulation besser zu verstehen.

Was ist Simulation und wie kann sie Ihnen helfen?

Simulation ist der Prozess der Analyse von CAD-Modellen (Computer Aided Design), um zu überprüfen, ob Ihre Entwürfe den Bedingungen der Betriebsumgebung standhalten.

Bei der Simulation wird in der Regel eine Variante der Finite-Elemente-Analyse (FEA) verwendet. Die von der CAD-Software für die heutigen Produkte erstellte Geometrie ist zu kompliziert, um sie mit klassischen Gleichungen zu lösen, bei denen man Zahlen für die Modellabmessungen, Materialien und Belastungsfälle einträgt und dann eine Zahl erhält.

Wir nutzen die Leistung von Computern, weil die Alternative einfach zu teuer und zeitaufwändig ist. Ohne Simulation wären die Konstruktionsteams auf die Herstellung von Prototypen angewiesen, um diese in der Praxis zu testen. Der iterative Zyklus von Neuentwurf, Bau neuer Prototypen und erneuten Tests ist für den heutigen Produktentwicklungsmarkt einfach zu langsam. Mit der Simulation können Sie viel mehr Testfälle analysieren, insbesondere Randfälle, als dies bei realen Tests möglich ist.

Simulationswerkzeuge können nicht nur Ihre Entwürfe validieren, sondern auch Ihre Modelle optimieren, um die bestmögliche Variante im Lösungsraum zu finden. Dies bedeutet oft, dass die Masse und die Materialkosten minimiert werden, indem das Teil gerade stark genug für die Anforderungen gemacht wird.

Arten der Simulation

Es gibt zahlreiche Arten der Simulation, die mit CAD möglich sind. Lassen Sie uns hier kurz auf jede eingehen.

• Zu den grundlegenden Simulationen gehören Struktur-, Wärme- und Modalanalysen. Strukturanalysen untersuchen die Auswirkungen von Lasten und Kräften, um Spannungen und Verlagerungen zu berechnen. Thermische Analysen berechnen Temperaturen und Wärmeströme für Leitungs-, Konvektions- und Strahlungsbedingungen. Modalanalysen berechnen die Eigenfrequenzen und Eigenformen eines Objekts.

• Zu den erweiterten Simulationen gehören dynamische, mechanische und Knick-Analysen. Dynamische Analysen ermöglichen es Ihnen, Lasten als Funktion der Zeit oder der Frequenz zu ändern und umfassen Simulationen von Zufallsschwingungen. Mechanismusanalysen ermöglichen Ihnen die Berechnung von Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kräften, Reaktionen und Bewegungsumfängen für Baugruppen mit beweglichen Komponenten. Knicken ist ein spezieller Versagensmodus für dünne Profile unter Druck. Eine Knickanalyse berechnet den kritischen Knicklastfaktor (BLF) und die Knickform.

• Die Multiphysik-Simulation ermöglicht die gleichzeitige Untersuchung von zwei oder mehr Arten physikalischer Phänomene in einem System. Wenn z. B. thermodynamische und strukturelle Lasten gleichzeitig wirken, ändert sich die Steifigkeit des Modells. Die Multiphysik-Simulation führt zu genaueren Ergebnissen, als wenn Sie diese Effekte getrennt analysieren und addieren würden.

• Die numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) berechnet die Geschwindigkeit, den Druck und die Temperatur von Fluiden (Flüssigkeiten oder Gasen), die in und/oder um Ihr Produkt strömen.

Simulationsfunktionen in Creo

PTC bietet zahlreiche Lösungen für die Durchführung von Analysen und Simulationen Ihrer Teile, Baugruppen und Produkte. Dazu gehören:

Creo Simulate. Dies ist das ursprüngliche Simulationsangebot von Creo, das eine Variante der FEA namens Geometrische Elementanalyse (GEA) verwendet. Diese Art von Lösungsverfahren ist für weniger erfahrene Analytiker einfacher zu handhaben, liefert aber dennoch genaue Ergebnisse. Creo Simulate unterstützt zahlreiche strukturelle, modale, thermische, dynamische und Ermüdungsanalysen.

Creo Simulation Live (CSL). CSL nutzt die Leistungsfähigkeit von Ansys und ermöglicht es Konstrukteuren, Struktur-, Wärme-, Modal- und CFD-Studien direkt in der Creo-Konstruktionsumgebung durchzuführen. Änderungen am Modell aktualisieren die Simulationsergebnisse in Echtzeit.

Creo Ansys Simulation (CAS). Um komplexere Ansys-Simulationen durchzuführen, können Sie mit CAS Idealisierungen, CFD und Multiphysik in Ihre strukturellen und thermischen Analysen integrieren.
Creo Strömungsanalyse. Dieses Creo-Modul von Simerics umfasst fortschrittliche CFD-Effekte wie Turbulenz, Strahlung, Kavitation und mehrphasige (gasförmige und flüssige) Fluide.

Mechanismus-Dynamik-Option (MDO). Viele Produkte enthalten bewegliche Komponenten. Mit MDO können Sie Baugruppen analysieren, einschließlich Kraft- und Momentbelastungen, sowie fortgeschrittene Elemente wie Federn, Dämpfer, Schwerkraft und Kontakte zwischen Teilen.

Jedes dieser Angebote bietet eine Vielzahl von Funktionen, mit denen Ihr Team bessere Produkte entwickeln kann, die die Anforderungen Ihrer Kunden erfüllen.

Die Integration der Simulation in den Konstruktionsprozess kann sowohl die Kosten als auch die Zeit bis zur Markteinführung reduzieren und damit ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zwischen Ihnen und Ihren Mitbewerbern darstellen. Wenn Ihr Unternehmen bereits Simulationen einsetzt, können Sie Ihr Team durch ein besseres Verständnis dabei unterstützen, diese Werkzeuge zu einem strategischen Vorteil zu nutzen.