Die statische Strukturmechanik ist die meistbenötigte und somit auch die weitverbreitetste Analyseart. Sie ermöglicht Simulationen von Bauteilen die neben dem Eigengewicht weiteren Belastungen wie zum Beispiel inneren oder äußeren Kräften, Druck oder Beschleunigung ausgesetzt sind. Durch die Auswertung der Verformungen, Dehnungen und mechanischen Spannungen lassen sich bereits zu einem frühen Stadium des Entwicklungsprozesses Versagensstellen ermitteln und somit ohne aufwendige Prototypentests verhindern. Zudem kann durch statische FEM-Analysen eine Überdimensionierung von Bauteilen verhindert werden, was direkt zu Materialeinsparungen führt.

Mögliche Anwendungsfelder

• Maschinenbau
• Fahrzeugbau
• Antriebstechnologie
• Werkzeuge
• Offshore
• Landmaschinen
• Anlagenbau

Ihre Vorteile

• Berechnung von Verformungen, Spannungen und Dehnungen
• Minimierung von Ausfällen
• Reduzierung von Bauteil- und Prototypentests
• Schädigungen an Prototypen und Rückläufern verstehen
• Grundlage für Optimierungen

Spannungsberechnung mit Kontakt

Treten Lasten mit hoher Geschwindigkeit auf, haben die Massenträgheiten der Körper entscheidenden Einfluss auf die Belastungen der Bauteile und müssen in der Simulation berücksichtigt werden. Dies ist vor allem bei Schock- und Stoßbelastungen oder bei schnell rotierenden Bauteilen der Fall.

Mögliche Anwendungsfelder

• Maschinenbau
• Fahrzeugbau
• Antriebstechnologie
• Rotoren

Ihre Vorteile

• Realitätsnahe Betrachtung der Verformungen, Spannungen und Dehnungen bei hohen Geschwindigkeiten
• Transiente Berücksichtigung der Lasthistorie
• Grundlage für Lebensdauerberechnungen

Aufprall eines Wassertropfens auf eine Metallkugel:

In vielen Fällen treten zyklische Belastungen auf, welche zu einer Ermüdung des Materials führen. Für den Ausfall eines Bauteils sind dann nicht die statisch ertragbaren Belastungen relevant, sondern die Anzahl der Schwingspiele auf dem definierten Lastniveau. Wöhlerkurven beschreiben dabei den Zusammenhang zwischen der Spannungsamplitude und der Zyklenzahl und bilden die Grundlage für Betriebsfestigkeitsnachweise.

Mögliche Anwendungsfelder

• Maschinenbau
• Fahrzeugbau
• Antriebstechnologie
• Werkzeuge
• Offshore
• Landmaschinen
• Anlagenbau

Ihre Vorteile

• Lebensdauerprognosen für verschiedene Lastwechsel
• Betriebsfeste oder dauerfeste Auslegung
• Reduzierung von Bauteil- und Prototypentests
• Grundlage für Optimierungen

Die Strömungssimulation, auch Computational Fluid Dynamics (CFD) genannt, dient der realitätsnahen Berechnung und Darstellung von strömungsrelevanten Prozessen. Entscheidende Faktoren sind Viskosität des strömenden Mediums, Temperatur, Druck und Geschwindigkeit.

Messungen von Strömungsprozessen sind häufig nur unter erheblichem Aufwand oder gar nicht möglich. Hier unterstützt FemStas Sie mit CFD Simulationen.

Mögliche Anwendungsfelder

• Berechnung von Kräften aufgrund von Luftströmung
• Druckverlustuntersuchungen
• Umströmung zur Kühlung simulieren
• Fließprozesse von Schmelzen

Ihre Vorteile

• Darstellung des kompletten Strömungsfeldes
• Reduzierung von Strömungsmessungen
• Energieeffiziente Konstruktion
• Werkzeugauslegung

Stromlinien der Strömung in einer Drosselklappe

Unerwünschte Geräusche sind ein häufig auftretendes Problem, welches erst in der Anwendung auftritt und nur schwer mit Versuchen zu rekonstruieren ist. Mit einer Simulation der Schalleigenschaften Ihres Bauteils können bereits zu einem frühen Stadium Aussagen über die Schallleitung, Absorption oder Schallabstrahlung getroffen werden.

Mögliche Anwendungsfelder

• Maschinenbau
• Fahrzeugbau
• Offshore
• Anlagenbau
• Schallschutz

Ihre Vorteile

• Verminderung von Geräuschemissionen
• Einhaltung von Emissionsrichtlinien
• Reduzierung von Bauteil- und Prototypentests

Anhand einer thermischen Analyse können unter anderem Aussagen über das sich im Betrieb einstellende Temperaturfeld und die entsprechende thermischen Belastung Ihres Bauteils getroffen werden. Für eine verlässliche Analyse muss hierfür je nach Anwendungsfall Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung oder eine Kombination aus den genannten Wärmeübertragungsarten in der Simulation berücksichtigt werden.

FemStas unterstützt Sie gerne bei der thermischen Auslegung Ihrer Bauteile oder Produktionswerkzeuge. Sprechen Sie uns einfach an!

Mögliche Anwendungsfelder

• Maschinenbau
• Anlagenbau
• Fahrzeugbau
• Prototypenentwicklung
• Werkzeugbau

Ihre Vorteile

• Optimierung Ihres Bauteils hinsichtlich thermischer Gesichtspunkte
• Auswahl geeigneter Materialien für Ihr Bauteil
• Thermische Bewertung verschiedener Design-Varianten ohne aufwendige Versuchsreihen
• Berücksichtigung thermischer Ausdehnung in struktur- oder strömungsmechanischen Berechnungen
• Verbesserung des Bauteilverständnisses hinsichtlich thermischer Gesichtspunkte

Temperaturverteilung in einem Kühlkörper

Für die Optimierung und Auslegung Ihrer Umformprozesse bietet die Simulation einen breiten Einsatzbereich. So können sowohl Blech- als auch Massivumformungen über die Simulation abgebildet werden, wodurch Ihre Prozesse gegenüber aufwendigen physischen Versuchen sehr aufwandsarm berechnet und analysiert werden können.

FemStas unterstützt Sie gerne bei der Auslegung oder Optimierung Ihrer Umformprozesse. Sprechen Sie uns einfach an!

Mögliche Anwendungsfelder

• Maschinenbau
• Anlagenbau
• Fahrzeugbau
• Prototypenentwicklung
• Werkzeugbau

Ihre Vorteile

• Systematische Variation der Prozessparameter für die Realisierung eines stabilen Umformprozesses, ganz ohne aufwendige physische Versuche
• Optimierung der Bauteil- und Werkzeuggeometrie durch den gezielten Einsatz von Simulation
• Erhöhung des Prozessverständnisses

Lastschritt 1: Aufbringung einer Kraftrandbedingung

Lastschritt 2: Rückstellung des Materials bei Wegnahme der Kraftrandbedingung aufgrund elastischer Dehnungsanteile

Bei vielen technischen Bauteilen lässt sich eine Anregung durch externe Einflüsse nicht verhindern. Daher ist es wichtig, die Eigenfrequenzen des Bauteils zu kennen und wenn möglich das Design dahingehend anzupassen, dass keine Anregung im Betrieb zu erwarten ist.

Ein Hilfsmittel, um das dynamische Verhalten Ihres Bauteils abschätzen zu können, stellt die Modalanalyse dar. Bei dieser werden aus Masse und Steifigkeit der Bauteilgeometrie die zugehörigen Eigenfrequenzen und Moden – also die Eigenschwingungsformen – berechnet. Mit dieser Kenntnis ist es möglich, die Struktur so abzustimmen, dass Eigenfrequenzen nicht mit den Lastfrequenzen zusammenfallen.

FemStas unterstützt Sie gerne bei der Untersuchung der dynamischen Eigenschaften Ihrer Bauteile. Sprechen Sie uns einfach an!

Mögliche Anwendungsfelder

• Maschinenbau
• Anlagenbau
• Fahrzeugbau
• Prototypenentwicklung
• Werkzeugbau

Ihre Vorteile

• Vermeidung von Resonanzfrequenzen
• Random Vibration Analysen
• Reduzierung von Bauteil- und Prototypentests
• Erhöhtes Verständnis des dynamischen Bauteilverhaltens

5. Eigenform einer Stimmgabel

Sie wollen mit möglichst geringem Materialeinsatz die maximale Steifigkeit Ihrer Bauteile erreichen? Oder herausfinden, welche Bauteilabmessungen erforderlich sind, um beispielsweise Spannungsspitzen zu vermeiden?

Ein Hilfsmittel stellt hier die Topologieoptimierung dar, ein Berechnungsverfahren, mit welchem die optimale Bauteilgestalt unter Berücksichtigung der gegebenen Randbedingungen (Lasten und Festhaltungen) ermittelt werden kann.

FemStas unterstützt Sie gerne bei der Strukturoptimierung Ihrer Bauteile oder Produktionswerkzeuge. Sprechen Sie uns einfach an!

Mögliche Anwendungsfelder

• Maschinenbau
• Anlagenbau
• Fahrzeugbau
• Prototypenentwicklung
• Werkzeugbau

Ihre Vorteile

• Bewertung unterschiedlicher Design-Varianten ohne aufwendige Versuchsreihen
• Steigerung der Materialeffizienz
• Optimierung Ihrer Produktkosten
• Auswahl geeigneter Materialien für Ihr Bauteil

Für eine realitätsnahe FEM-Simulation ist die Beschreibung des Materialverhaltens von entscheidender Bedeutung. So ist beispielsweise bei der Berechnung von Bauteilen mit anisotropen Materialeigenschaften die Berücksichtigung der richtungsabhängigen Eigenschaften unabdingbar.

Anisotrope Eigenschaften können beispielsweise durch Inhomogenitäten im Werkstoff (Poren, Lufteinschlüsse, etc.) hervorgerufen werden. Auch Fertigungsverfahren, wie z.B. 3D-Druck, können zu richtungsabhängigen Materialverhalten führen. Ein typischer Anwendungsfall für Anisotropie ist darüber hinaus bei faserverstärkten Werkstoffen zu finden.

FemStas unterstützt Sie sowohl bei der messtechnischen Erfassung der anisotropen Eigenschaften Ihrer Materialien als auch bei dem Aufbau geeigneter Materialmodelle zur Beschreibung der ermittelten anisotropen Materialeigenschaften. Sprechen Sie uns einfach an!

Mögliche Anwendungsfelder

• Maschinenbau
• Anlagenbau
• Fahrzeugbau
• Prototypenentwicklung
• Werkzeugbau

Ihre Vorteile

• Realitätsnahe Berechnung Ihrer Bauteile
• Charakterisierung der richtungsabhängigen mechanischen Eigenschaften Ihrer Materialien

Der erste Schritt zum Digital Twin des Bauteils ist immer die Modellierung am PC. Gerne unterstützen unsere erfahrenen Ingenieure Sie bei der Erstellung der CAD-Konstruktionen. Egal ob Sie 2D- oder 3D-Modelle wünschen, FemStas begleitet Sie von der Konzeption bis zur vollständigen Erstellung der Modelle inklusive der Bauteilzeichnungen und Stücklisten.

Haben Sie Prototypen oder Bauteile, die noch nicht digitalisiert sind? Gerne übernehmen wir auch das komplette Ausmessen der Teile bei Ihnen vor Ort. Somit müssen Sie sich um nichts kümmern!