Die mechanische Simulation ermöglicht bessere Innovationen, da sie die Möglichkeit bietet, zahlreiche Produktkonfigurationen und -designs virtuell zu testen und zu analysieren, ohne teure und zeitraubende physische Prototypen herstellen zu müssen.
Mithilfe der mechanischen Simulation können Ingenieure schnell verschiedene Kombinationen von Materialien, Formen und Konfigurationen testen, um die Leistung ihres Produkts zu optimieren und gleichzeitig das Risiko von Ausfällen und hohen Kosten zu minimieren. Simulationen können auch dabei helfen, kritische Spannungs- oder Verformungsbereiche zu identifizieren sowie Änderungen zu bestimmen, die zur Verstärkung oder Verbesserung des Strukturdesigns erforderlich sind.
Darüber hinaus können mithilfe der mechanischen Simulation neue Produktkonzepte effizienter erforscht werden, was zu schnelleren und kreativeren Innovationen führen kann. Ingenieure können neue Ideen testen und kühnere Designs erforschen, indem sie schnell verstehen, wie sich diese neuen Konfigurationen unter realen Bedingungen verhalten könnten.
Schließlich ermöglicht die mechanische Simulation auch ein besseres Verständnis der Leistung und der Grenzen bestehender Produkte. Indem sie diese Grenzen erkennen, können Ingenieure daran arbeiten, das Design zu optimieren, um die Leistung und Qualität zu verbessern und gleichzeitig die Bedürfnisse der Kunden effizienter zu erfüllen.
Alles in allem bietet die mechanische Simulation viele Vorteile, um schneller, effizienter und kreativer innovativ zu sein und gleichzeitig die Risiken und Kosten zu minimieren, die mit dem Design und der Entwicklung neuer Produkte verbunden sind.
Es gibt verschiedene Arten von mechanischen Simulationen, die man durchführen kann. Hier einige Beispiele:
Analyse von Einschränkungen
Bei der Spannungsanalyse werden die inneren Spannungen in einer Struktur unter aufgebrachten Lasten gemessen. Diese Simulation wird häufig verwendet, um die Stärke und Festigkeit einer Struktur zu beurteilen.
Analyse der Ermüdung
Mit der Ermüdungsanalyse wird die Fähigkeit einer Struktur gemessen, wiederholten oder zyklischen Belastungen standzuhalten. Diese Simulation wird verwendet, um die Lebensdauer einer Struktur zu bewerten.
Simulation von Baugruppen
Mithilfe der Montagesimulation können Sie die Passform und Festigkeit von Teilen messen, wenn sie zusammengesetzt werden. Diese Simulation wird verwendet, um die Qualität der Verbindung und die Festigkeit der Gesamtstruktur zu bewerten.
Um eine gute mechanische Simulation zu erstellen, ist es wichtig, einen methodischen und strengen Prozess zu befolgen. Hier sind die wichtigsten Schritte, die Sie befolgen sollten:
- Definieren Sie das Problem: Es ist wichtig, dass Sie sich über das Problem, das Sie lösen wollen, und die Ziele der Simulation im Klaren sind. Wie sieht die Struktur oder das Zinssystem aus? Welche Belastungen, Spannungen oder Kräfte wirken auf sie ein? Welche Ergebnisse wollen Sie erreichen? Welche Art von Analyse ist dann erforderlich?
- Daten sammeln: Es ist wichtig, alle notwendigen Daten zu sammeln, um das System richtig zu modellieren. Dazu können Materialeigenschaften, Strukturabmessungen, Stützen und aufgebrachte Lasten sowie Umweltbedingungen gehören.
- Modell erstellen: Mithilfe einer Software für mechanische Simulationen müssen Sie ein detailliertes Modell der Struktur oder des Systems erstellen, das Sie simulieren möchten. Das Modell muss alle relevanten Details enthalten, z. B. Abmessungen, Materialien und angewandte Belastungen.
- Lastbedingungen und Stützen festlegen: Sie müssen die Lastbedingungen und Stützen festlegen, die für die Struktur oder das System gelten. Diese Bedingungen können statische oder dynamische Belastungen, Momente, Drücke, Schwingungsspektren usw. umfassen.
- Simulation durchführen: Sobald das Modell und die Belastungsbedingungen festgelegt sind, können Sie die Simulation durchführen. Sie müssen darauf achten, dass Sie die richtigen numerischen Methoden verwenden, um die Simulationsgleichungen zu lösen und genaue Ergebnisse zu erhalten.
- Ergebnisse analysieren: Wenn die Simulation beendet ist, müssen Sie die Ergebnisse analysieren und mit den Zielen der Simulation vergleichen. Sie müssen kritische Bereiche, Spannungen, Verformungen und andere relevante Parameter identifizieren, um festzustellen, ob das Modell den Anforderungen und Spezifikationen entspricht. Die Validierung des numerischen Modells (z. B. die Qualität des Netzes) ist Teil der Ergebnisanalyse.
Modell nachjustieren und wiederholen: Wenn die Ergebnisse nicht den Zielen der Simulation entsprechen oder das Modell nicht validiert ist, müssen Sie das Modell nachjustieren und die vorherigen Schritte wiederholen, bis Sie zufriedenstellende Ergebnisse erhalten.
In einer mechanischen Simulation betrachtet man mehrere Parameter, um die Leistung einer Struktur oder eines Systems zu bewerten. Die wichtigsten Parameter sind :
Einschränkungen
Spannungen messen die internen Kräfte, die in der Struktur als Reaktion auf die aufgebrachten Lasten erzeugt werden. Die Spannungen können Zug-, Druck- oder Scherspannungen sein. Je nach Problem wird man sich mit Haupt- oder äquivalenten Beschränkungen beschäftigen. Mithilfe einer Spannungsanalyse lässt sich feststellen, ob die Struktur stark genug ist, um den aufgebrachten Belastungen ohne Versagen standzuhalten.
Reisen
Durch die Verschiebungen wird das Modell validiert, aber auch überprüft, ob ein Teil nicht mit einem anderen kollidiert oder ob es zu übermäßigen Verformungserscheinungen kommt.
Natürliche Frequenzen
Die Eigenfrequenzen messen die Schwingungsfrequenzen der Struktur ohne aufgebrachte Last. Durch eine Analyse der natürlichen Frequenzen kann festgestellt werden, ob die für unerwünschte Schwingungen anfällige Struktur in Resonanz gehen kann.
Die Nutzungsrate in Ermüdung
Basierend auf den berechneten Spannungen und Ermüdungskurven des Materials misst der Nutzungsgrad die Fähigkeit der Struktur, wiederholten Belastungen standzuhalten. Mithilfe einer Ermüdungsanalyse kann die Lebensdauer der Struktur unter diesen Belastungen bestimmt werden.
Stabilität, Knicken
Die Stabilität misst die Fähigkeit der Struktur, im Gleichgewicht zu bleiben. Durch eine Stabilitätsanalyse (lokal oder global) wird festgestellt, ob die Struktur stabil und sicher für den normalen Gebrauch ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine gute mechanische Simulation ein klares Verständnis des zu lösenden Problems, eine genaue Datensammlung, die Erstellung eines detaillierten Modells, die Verwendung der richtigen numerischen Methoden, eine rigorose Analyse der Ergebnisse und eventuelle Anpassungen voraussetzt, um genaue und relevante Ergebnisse zu erhalten.
Es gibt viele Softwaretools, um eine mechanische Simulation durchzuführen. Welche Werkzeuge geeignet sind, hängt von der Art der Simulation ab, die Sie durchführen möchten, und von der Komplexität der Struktur oder des Systems, das Sie modellieren wollen. Hier einige Beispiele für Werkzeuge zur mechanischen Simulation :
1. ANSYS :
ANSYS ist eine der beliebtesten Softwarelösungen für die mechanische Simulation. Es bietet eine breite Palette an Funktionen, einschließlich Spannungsanalyse, Ermüdungsanalyse, dynamische Analyse, thermische Analyse, Bruchsimulation usw. Diese Phänomene können in einer multiphysikalischen Analyse gekoppelt werden.
2. Abaqus :
Abaqus ist eine weitere beliebte Software für mechanische Simulationen. Es bietet ähnliche Funktionen wie ANSYS, einschließlich Spannungsanalyse, Ermüdungsanalyse, dynamische Analyse, thermische Analyse, Bruchsimulation, etc. Diese Phänomene können in einer multiphysikalischen Analyse gekoppelt werden.
3. COMSOL Multiphysics :
COMSOL Multiphysics ist eine numerische Simulationssoftware, mit der Sie verschiedene Arten von physikalischen Phänomenen simulieren können, z. B. Festkörpermechanik, Thermik, Elektromagnetismus, Akustik usw. Die Software ist in der Lage, eine Vielzahl von physikalischen Phänomenen zu simulieren.
4. MSC Nastran :
MSC Nastran ist eine Software für mechanische Simulationen, mit der Sie Spannungsanalysen durchführen, die Dynamik von Strukturen analysieren, Ermüdungsanalysen durchführen und vieles mehr.