Festigkeitsberechnung und Simulation Mit Fachwissen und modernsten Tools zu sinnvollen Resultaten

Die Simulation mit der Finiten Element Methode (FEM) ist heute aus der technischen Entwicklungsarbeit nicht mehr weg zu denken.Kaum ein Bereich, in dem die FEM noch nicht Einzug gehalten hätte – von der Maschinen-, über die Verfahrens- bis hin zur Bautechnik. Das Spektrum der Anwendungen ist ungemein vielfältig. Das CC Mechanische Systeme ist ein kompetenter Partner für die verschiedensten Berechnungsaufgaben.

Skipresse

Im Rahmen eines KTI-Projekts in Zusammenarbeit mit der Firma Stöckli Swiss Sports AG wurde das thermische Verhalten von Skipressen und die Auswirkung auf das Temperaturprofil im Ski während dem Pressen analysiert. Die Resultate der Simulation dienten unter Anderem der Entwicklung einer optimierten Skipresse.

Geometrie des Prototypes der Skipresse mit Lamellen
Temperaturverteilung in der Skipresse und im Ski
Temperaturverteilung in der Skipresse und im Ski im Schnitt

Kleber

Klebesysteme erfahren in der Industrie immer mehr Akzeptanz. Sie haben entscheidende Vorteile gegenüber anderen Fügetechniken wie das Nieten oder Schrauben. Da Klebeverbindungen aber immer ein komplexes Materialverhalten mit sich bringen, müssen in spezifischen Anwendungen die Klebeverbindungen simuliert werden, um die Auswirkung des Aushärtens der Klebefuge oder Einflüsse einer Langzeitbelastung auf eine Struktur vorherzusagen.

Geometrie einer Klebeverbindung
Verschiebung der Klebeverbindung unter Zug
Spannungsverteilung in der Klebefuge unter Zug

Spannsysteme

Beim neuartigen Zentrumspanner Centron der Firma Hemo Werkzeugbau, wurde von Anfang an mit Unterstützung der FEM-Methode konstruiert. So konnte viel Know-how gewonnen und direkt ein voll funktionsfähiger Prototyp entwickelt werden.

Auswertung der Verformung an einem ersten Modell. Die Steifigkeit eines Spannsystems ist für die Präzision der damit hergestellten Bauteile von grosser Wichtigkeit.
Berechnungen bereits in der Konzeptphase: Deformationen, mechanisches Verhalten, erste Spannungsmaximas detektieren. Nur so lassen sich präzise und gut funktionierende Spannsysteme entwickeln.
Hochbelastete Einzelteile des Systems werden mit FEM untersucht. Der Planetenträger nimmt im Zentrumspanner eine wichtige Funktion im Bereich des Anzugdrehmomentes ein.

Hochspannungsleitungen

Klassische Hochspannungsleitungen sind komplizierte Spiralseile, deren innere Mechanik bis heute nicht vollständig verstanden ist. Häufig entstehen für den Netzbetreiber hohe Kosten durch Schäden, die meist an den Einspannstellen entstehen. Eine exakte Vorhersage der mechanischen Spannungen in den einzelnen Drähten, welche als Grundlage für Lebensdauerberechnungen dienen, ist immer noch unmöglich. Zurzeit basiert die Berechnung der Spannungen an Einspannstellen auf empirischen Modellen, die in der Anwendung einfach sind, aber in der Praxis nicht immer zutreffen. Das entwickelte Modell ermöglicht eine Reduzierung der aufwendigen Laborversuche und die zielgerichtete Auslegung seilschonender Klemmstellen.

FEM-Modell eines Hochspannungs-Freileitungsseils
Einspannstelle an einem Hochspannungsseil mit einer Klemme
Defektes Hochspannungsseil an einer Einspannstelle

Das CC Mechanische Systeme kann auf die Erfahrung seiner Mitarbeiter zurückgreifen und von den Stärken der Software ANSYS und ANSYS Workbench profitieren, welche jeweils in der aktuellsten Version zur Verfügung stehen. Selbstverständlich sind für uns die Modellaufbereitung mittels CAD, die Möglichkeit der Verifizierung der Daten mittels Messungen und die Erstellung eines Analyseberichtes in der gewünschten Form.

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Anwendungsspektrum

Klassische Festigkeitsberechnungen
sind Bewertungen der Verformungen und Spannungen unter dynamischer oder statischer Beanspruchung. Nichtlineare Material- und Geometrieverhältnisse sind dabei kein Hindernis. Ob metallische Werkstoffe, Kunststoffe oder faserverstärkte Materialien zum Einsatz kommen spielt hierbei keine Rolle.

Schwingungsanalysen
beinhalten Modalanalysen, Frequenzganganalysen und Analysen im transienten Bereich. Steifigkeits- und Trägheitseigenschaften, sowie Dämpfung in unterschiedlichsten Formen kommen dabei zur Anwendung.

Thermische Analysen
von stationären oder transienten Problemstellungen beinhalten die Berechnung des Wärmeaustauschs durch Temperaturunterschiede, Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung. Wo kommt die Energie her und wo geht sie hin? Welche Spannungen entstehen durch die thermischen Umstände? Fragen, zu denen wir eine Antwort geben können.

Multiphysik
ist die Kopplung verschiedenster Feldprobleme. Wo die empirischen und einfachen analytischen Modelle versagen, kommt die FEM zum Zuge.

Optimierung
von Konstruktionen und Systemen aufgrund FEM basierter Berechnungsmodelle hat Zukunft. Material einsparen – Gewicht einsparen – Energie einsparen – Geld einsparen!