Kompetenzen

Statische Strukturanalyse

Berechnung und Bewertung von statischen Belastungen
Simulation / Statische Strukturanalyse

Statische Strukturanalyse

Die statische Strukturanalyse ist die einfachste, aber auch nützlichste und häufigste Analyseart im Bereich der Strukturanalysen, mit deren Hilfe das Bauteilverhalten unter konstanter Krafteinwirkung berechnet werden kann. Das Ergebnis der statischen Analyse hilft uns zu beschreiben, was im Bauteil passiert und wieso es beispielsweise zum Schadensfall kommt. Darüber hinaus eignet sich die statische Analyse dazu, verschiedene Bauteilvarianten gegenüberzustellen sowie konstruktive Änderungen und deren Einfluss zu vergleichen.

Unsere Expertise:
Sorgen Sie dafür, dass Ihre Bauteile den Belastungen standhalten: Mit der statischen Analyse sorgen wir für die Festigkeit ihrer Bauteile.

 

Vorteile:
  • Konstruktionsbegleitende Analysen
  • Vergleichbarkeit von verschiedenen Varianten
  • Berechnung von Verformungen, z.B. mit FEM
  • Berechnung von Spannungen
  • Vorabuntersuchung als Grundlage für physikalischen Test
  • Kostenersparnis durch geringeren Prototypenaufwand
  • Grundlage für Spannungsbewertung nach verschiedenen Richtlinien
  • Grundlage für Schraubenbewertung
  • Grundlage für Topologieoptimierung
Anwendungsfelder:
  • Aufbereitungsanlagen (Brech- und Siebanlagen)
  • Kranbau
  • Anlagenbau
  • Landmaschinen
  • Pumpen
  • Haushaltsgeräte
  • Werkzeugmaschinenbau
  • Sondermaschinenbau

 

 


Anwendungsbeispiele:

Nach einem Schadensfall wurde für einen Kunden aus dem Bereich des Aufbereitungsanlagenbaus eine statische Analyse für ein Chassis durchgeführt. Die Aufgabe war es, ohne Vorkenntnisse der exakten Lastfälle den Schadensbereich zu lokalisieren. Durch die Berechnung zeigte sich, dass die Anlage nicht korrekt aufgestellt worden war. Im weiteren Verlauf des Projektes wurden mithilfe von statischen Analysen unterschiedliche Maßnahmen zur Versteifung des Chassis untersucht.



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    Dynamische Strukturanalyse

    Festigkeitsüberprüfung für Schwingungs- und Vibrationslastfälle
    Simulation / Dynamische Strukturanalyse

    Dynamische Strukturanalyse

    Wir sprechen von Dynamik, wenn Massenträgheiten wesentlichen Einfluss auf die Belastung eines Bauteils ausüben. Grundsätzlich tritt das bei sich bewegenden Bauteilen auf: Je schneller diese Bewegungen, desto ausgeprägter ist die Dynamik.

     

    Unsere Expertise in der Dynamik:

    • Vibrationen
    • Schockbelastungen
    • Rauschförmige Anregungen
    • Rotierende Bauteile / Rotordynamik

    Typische Anwendungsfelder / Zielgruppen:

    • Automotive
    • Schienenfahrzeuge
    • Baumaschinen
    • Druckmaschinen
    • Erneuerbare Energien (z.B. Batteriesysteme)

    Vorteile:

    • Realistische Darstellung komplexer Belastungen
    • Nachweise nach internationalen Richtlinien
    • Aussagen zur Dauerfestigkeit der Bauteile

    Beispiel:

    Für einen Kunden aus der Schienenfahrzeugbranche führten wir Nachweise eines Energiespeichers einer Straßenbahn durch. Mithilfe unserer Analysen konnte das Bauteil nachgewiesen und optimiert werden.

     

     



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    Thermische Analyse

    Berechnung aller thermischen Faktoren
    Simulation / Thermische Analyse

    Thermische Analyse

    Im Bereich der thermischen Analyse werden Phänomene wie Wärmeleitung, Wärmeübergang, Konvektion und Wärmestrahlung behandelt. Die in der Simulation ersichtlichen Temperaturfelder geben Aufschluss über Wärmebrücken oder Wärmestaus. Außerdem können verschiedene Material- und Geometriekonfigurationen betrachtet und gegenübergestellt werden.

    Unsere Expertise:
    Bewahren Sie immer einen kühlen Kopf: Mit unseren thermischen Analysen zeigen wir Ihnen die Temperaturverteilung in Ihren Bauteilen.

    • Stationäre Temperaturfeldberechnung
    • Transiente Temperaturfeldberechnung
    • Berechnung von Wärmedurchgangskoeffizienten
    • Berechnung von Wärmewiderstandskoeffizienten
    • Betrachtung von Konvektion und Wärmestrahlung

    Vorteile:

    • Konstruktionsbegleitende thermische Analysen
    • Schneller Vergleich von Temperaturfeldern für verschiedene Varianten
    • Darstellung von Temperaturverteilung und Lokalisierung von Temperaturnestern
    • Ermittlung von Wärmebrücken oder Wärmestaus
    • Optimierung der Struktur hinsichtlich der Temperaturverteilung
    • Kühlkonzeptentwicklung ohne aufwändige Testreihen

    Anwendungsfelder:

    • LKW-Aufbauten
    • Fassadenverkleidung
    • Spritzgusswerkzeuge
    • Gepäckscanner


    Anwendungsbeispiel:
    Für einen Kunden aus dem Automotivebereich wurde eine thermische Analyse der Wände und Böden von LKW-Aufbauten durchgeführt. Aufgabe war es, für verschiedene Geometrie- und Werkstoffkombinationen den Wärmedurchgangskoeffizienten zu bestimmen. Die Experten der CAE konnten dem Kunden die Geometrie- und Werkstoffkombination mit dem geringsten Wärmedurchgangskoeffizienten nennen und hiermit dafür sorgen, dass weniger Energie zum Aufwärmen des Innenraums aufgewendet werden muss.

     

     



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    Multiphysics

    Gekoppelte Berechnungen für verschiedene physikalische Felder
    Simulation / Multiphysics

    Multiphysics

    Mit Multiphysics wird die Kopplung verschiedener physikalischer Felder bezeichnet, die sich innerhalb eines Simulationsmodells gegenseitig beeinflussen.

    Unsere Expertise:

    • Kopplung von statischer und thermischer Analyse
    • Berechnung des Einflusses von Strömungen auf Partikel (Fluid-Struktur-Interaktion) und Strukturen (Fluid-Struktur-Interaktion)
    • Kopplung thermischer Analysen mit Strömungsberechnungen
    • Kopplung von Magnetfeldern und thermischen Analysen

    Vorteile:

    • Konstruktionsbegleitende Analyse komplexer Situationen
    • Realistisches Bauteilverhalten unter Berücksichtigung verschiedener Feldeffekte
    • Einsichten in komplexe, auf experimentellem Wege nicht darstellbare Strömungsvorgänge
    • Darstellung der Geschwindigkeiten, Drücke, Massenströme, Strömungslinien etc.
    • Optimierung der Geometrie anhand der ermittelten Ergebnisse
    • Kürzere Rechenzeiten bei höherer Genauigkeit im Vergleich zur seriellen Berechnung der physikalischen Felder

    Anwendungsfelder:

    • Druckbehälter (Struktur- und Thermalanalyse)
    • Mischeranlagen (Strömungs- und Thermalanalyse)
    • Rollenmühle (Strömungs- und Strukturanalyse)
    • Temperaturmanagement in Batteriesystemen (Strömungs- und Thermalanalyse)


    Anwendungsbeispiel:
    Für einen Kunden aus dem Anlagenbau wurde eine Multiphysikanalyse eines Mischers durchgeführt. Die Aufgabe war es, das Abkühlverhalten der mechanischen Komponenten unter Berücksichtigung von Kühlströmungen zu berechnen. Darauf aufbauend wurden die Spannungsverteilungen im Bauteil während des Kühlprozesses gemessen. Neben der Kopplung von Strömungseffekten mit thermischen und mechanischen Analysen war es eine Herausforderung, das transiente Verhalten der Komponenten unter Berücksichtigung von plastischem Materialverhalten abzubilden. Die Experten der CAE konnten dem Kunden zeigen, dass der Mischer ausreichend dimensioniert ist.

     

     


    Beispiel Strömung-Thermisch-Statisch:


    Beispiel Fluid-Struktur-Interaktion (FSI):


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    Mehrkörpersimulation (MKS)

    Simulation von Gelenkkräften und Bewegungsabläufen
    Simulation / Mehrkörpersimulation (MKS)

    Mehrkörpersimulation (MKS)

    Die Mehrkörpersimulation (MKS) erlaubt die Simulation von Baugruppen, die große Bewegungen ausführen. Durch geeignete Antriebselemente – im einfachsten Fall die reine Schwerkraft – wird das System in Bewegung versetzt. Anschließend lassen sich alle Ergebnisgrößen in Diagrammform ausgeben.

     

    Unsere Expertise:
    • Berechnung von Schnittkräften
    • Kollisionskontrollen
    • Auslegung von Antrieben
    • Auslegung von Hochdruckpumpen
    • Bauraumanalysen
    • Parameterstudien
    Typische Anwendungsfelder / Zielgruppen:
    • Automotive
    • Wälzlagerhersteller
    • Schienenfahrzeuge
    • Luftfahrzeuge
    • Raumfahrzeuge
    • u.v.m.

    Anwendungsbeispiel:

    Unsere Aufgabe war es, ein Großwälzlager zu simulieren, welches in einem Bagger unter dem Drehkranz eingebaut ist. Dieses hat komplexe Steifigkeitseigenschaften, die sowohl durch die Geometrie der Wälzkörper als auch deren räumlicher Verteilung zustande kommen.


    Das Lager kann ohne Weiteres in einem MKS-Modell realisiert werden. Zwischen Innen- und Außenring sitzen in diesem Fall ca. 140 Federelemente (s. unten, blaue Grafikelemente), die o.g. Kennlinie zugewiesen bekamen.


    Nach Anwendung eines Belastungskollektivs lassen sich die Rollenkräfte für jede einzelne Rolle auslesen. Ein interessantes Ergebnis ist, dass bei Lastfall 2 (rote Kurve) einige Rollen entlastet sind (Rollenkraft = 0). Mit diesen Kräften lässt sich letztendlich die Lagerlebensdauer nach ISO 281 ausrechnen.


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    Falltest & Crash

    Berechnung von Kaltverformungen mithilfe von impliziten und expliziten Berechnungen
    Simulation / Falltest & Crash

    Falltests und Crash

    Definition:
    Ein „Crash“ bezeichnet im Festigkeitsjargon eine hohe Belastung unter sehr kurzer Einwirkdauer mit großen Deformationen. Falltestsimulationen helfen dabei, eine ausreichende Festigkeit gegen eine stoßartige Belastung sicherzustellen. Aufgrund des stark nichtlinearen Verhaltens sind Falltests rechnerisch sehr anspruchsvoll.

     

    Unsere Expertise:
    • Ermittlung von Verformungen und Spannungen für Falltests
    • Optimierung von Baugruppen

    Vorteile:

    • Identifikation von Schäden
    • Zeit- und Kostenersparnis durch frühes Erkennen von Schwachstellen
    • Bewertung von Varianten
    Typische Anwendungsfelder / Zielgruppen:
    • Automotive
    • Haushaltsgeräte
    • Elektronische Geräte mit Kunststoffgehäusen
    • Fahrzeugkomponenten

    Anwendungsbeispiel:
    Das Grundgerüst einer Arbeitsbühne (s. unten) muss dem Aufprall eines Gesteinsbrockens standhalten. Die Bühne ist mit Holzbohlen belegt, wobei nur die unter dem Gesteinsbrocken befindliche Bohle für die Berechnung relevant ist. Der Brocken hat eine Geschwindigkeit von 15,3 m/s, nach 0,02 s beginnt bereits der Rückprall. Die Kernfrage ist, ob die Bühne diese Last aushalten kann.

    Für derartige Berechnungen bieten wir implizite und explizite Lösungsverfahren an, die naturgemäß mit langen Rechenzeiten verbunden sind, dadurch aber aussagekräftige Detailergebnisse liefern.


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    Strömungssimulation

    Ruhiges Fahrwasser oder turbulente Zeiten – CFD-Simulationen helfen bei der Kurswahl
    Simulation / Strömungssimulation

    Strömungssimulationen

    Perfekt fließende Übergänge - Komplexe Strömungssimulationen
    Die CFD (Computation of Fluid Dynamics) dient der Auslegung und Optimierung strömungsführender Bauteile. In der CFD-Analyse wird das Strömungsverhalten an jeder Stelle dargestellt – auch dort, wo Messungen nicht möglich sind. Deshalb ist die Strömungssimulation das passende Werkzeug zur Optimierung von Druckverlust und Strömungsgeschwindigkeit.

    Unsere Expertise:
    Gehen Sie Turbulenzen aus dem Weg: Wir sorgen mit CFD-Analysen für Effizienzsteigerung und Verschleißminimierung.

    • Stationäre, quasi-stationäre und transiente Strömungssimulation
    • Berücksichtigung von Wärmeleitung, konvektivem Wärmeübergang, Wärmestrahlung
    • Kopplung mit Thermalanalyse (Multiphysics)
    • Kopplung mit Strukturanalyse (Fluid-Struktur-Interaktion)
    • Berechnung der Strömung mit Partikeln
    Vorteile:
    • Konstruktionsbegleitende Strömungsanalysen
    • Druckverlustuntersuchung
    • Einsichten in komplexe, auf experimentellem Wege nicht darstellbare Strömungsvorgänge
    • Darstellung der Geschwindigkeiten, Drücke, Massenströme, Strömungslinien etc.
    • Berechnung des Luftvolumens
    • Darstellung ungünstiger Strömungsbereiche
    • Optimierung der Geometrie anhand der ermittelten Ergebnisse
    Anwendungsfelder:
    • Rohrmühlen
    • Heiz- und Kühlsysteme
    • Temperaturmanagement in Batteriesystemen
    • Absaugsysteme
    • Automotive
    • Haushaltsgeräte

    Anwendungsbeispiel:
    Für einen Kunden aus der Holzbearbeitungsindustrie wurde die CFD-Analyse einer Scalper-Absaugung durchgeführt. Die Aufgabe war es, die durch den Fräsvorgang angefallene Späne komplett abzusaugen. Durch die Berechnung wurden die Defizite der vorhandenen Absaugung ermittelt und die Experten der CAE konnten dem Kunden Vorschläge zur Geometrieänderung unterbreiten, um die Späne komplett abzusaugen.



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    Festigkeitsnachweise

    Spannungsbewertungen gemäß der relevanten Richtlinien
    Simulation / Festigkeitsnachweise

    Festigkeitsnachweise nach Richtlinien

    Viele Geräte benötigen heutzutage für die Zulassung rechnerische Nachweise nach bestimmten Richtlinien.

    Unsere Expertise:

    Wir bieten Festigkeitsnachweise nach verschiedensten Richtlinien an:

    • FKM-Richtlinie (Allgemeiner Festigkeitsnachweis)
    • VDI 2230 (Schraubennachweis)
    • DIN EN 13445 und DIN EN 14460 (Explosionsdruckstoßfestigkeitsnachweis)
    • DIN 15018 (Kranbaunorm)
    • EUROCODE (Allgemeiner Festigkeitsnachweis)
    • IIW-Richtlinie (Schweißnähte)
    • AD 2000 (Druckgeräterichtlinie)
    • ECE R100 und DIN EN61373 (Nachweise für Energiesysteme in Elektrofahrzeugen zu Vibrationen, Erschütterungen, Crash, rauschförmigen Schwingungen und Schockprüfung)
    • ASME (American Standard for Mechanical Engineering)

    Vorteile:

    • Geeignete Nachweise zur Vorlage bei einer Prüfbehörde
    • Internationale Anerkennung

    Anwendungsfelder:

    • Maschinen- und Anlagenbau
    • Sondermaschinen
    • Baufahrzeuge

    Anwendungsbeispiel:

    Für ein Unternehmen aus dem Anlagenbau haben wir die Explosionsdruckstoßfestigkeit eines Behälters nachgewiesen. Eine häufige Forderung an Behälter- und Anlagenbauteile ist, einem bestimmten Explosionsdruck ohne Gefährdung der Umwelt standzuhalten. Schweißnähte und Bleche dürfen nicht reißen und Türen oder Klappen keine Spalte bilden, die Flammen austreten lassen und Personen gefährden können. Auch die Deformation muss sich in Grenzen halten.



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    Composite und Spritzgießsimulation

    Vollintegrierte Verzugsoptimierung und strukturmechanische Analysen zur Ermittlung qualitativer Festigkeitsaussagen für faserverstärke Kunststoffbauteile!
    Simulation / Composite und Spritzgießsimulation

    Spritzgießsimulation

    • Sparen Sie Zeit bei Werkzeugänderungen
    • Senken Sie die Kosten im Werkzeugbau
    • Steigern Sie die Qualität durch valide Aussagen des Verzugsverhalten

    All das ermöglicht Ihnen der Warpage Inspector und der Molding Inspector von CAE.

    Molding Inspector
    Unsere Expertise in der Strukturmechanik mit faserverstärkten Kunststoffen umfasst:

    • 3D-Mapping
      • Statische, implizite Baugruppenberechnungen
        • Elastisch-Plastisch, Feuchte- und Temperaturabhängig
        • Bindenahtberechnung
        • Kriechanalysen unter Temperaturabhängig
      • Explizite Baugruppenberechnungen
        • Elastische Berechnung unter Berücksichtigung der Feuchte- und Temperaturabhängigkeit
        • Bindenahtberechnung

    Warpage Inspector
    Unsere Expertise in der Berechnung von Kunststoffbauteilen umfasst:

    • Rheologische Spritzgusssimulationen (z.B. Moldflow, Moldex 3D)
      • Thermische Analyse (Werkzeugkühlung)
      • Füllverhalten und Druckanalyse
      • Bindenahtanalyse und Faserorientierungen
      • Verzugsanalyse und Verzugsgelenke
    • Vorhaltung von Bauteilen
      • Übertragung von Verzugswerten (aus .stl) auf original CAD Solid-Modelle (Step, Paralsolid …)
    • Numerische Verzugsoptimierung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen
      • Berechnung verzugsoptimaler Angusspunkte Optimale Gestaltung von Wandstärkenverläufen und Rippenanordnungen


    Composites

    • Drapierung und Berechnung von Faserschichten und -matten
    • Optimierung von Faserorientierungen und /oder Wandstärken
      • Verformung zu minimieren
      • Versagensanalyse und -Optimierung (S. Composite.PPT im Anhang)

    Zielgruppe:

    • Konstruktion von Kunststoffbaugruppen
    • Berechnungsingenieuren
    • Hersteller von Kunststoffbauteilen (Spritzguss)
      • Automotive
      • Elektronik / Weiße Ware
      • Konsumgüter / Unterhaltungselektronik
      • Maschinenbau

    Vorteile durch den Einsatz unseres Warpage Inspectors:

    • Numerische Berechnung zur Verzugsreduzierung (Wandstärken- und Anspritzpositionsberechnungen) in einer frühen Entwicklungsphase
    • Vermeidung zeitaufwändiger Änderungen an Spritzgusswerkzeugen
    • Thermische Auslegungen der Werkzeuge zur Optimierung der Zykluszeit
    • Steifigkeitsberechnungen unter Berücksichtigung der Bindenähte und „realen Materialeigenschaften“
    • Akkurate FEM-Ergebnisse der Strukturmechanik und physikalische Eigenschaften der Bindenähte durch das Mapping von Materialdaten

    Vorteile durch den Einsatz unseres Molding Inspectors:

    • Qualitative Festigkeitsaussagen für faserverstärkte Kunststoffbauteile
    • Untersuchung der Langzeiteffekte und Kriechen
    • Berücksichtigung der Materialeigenschaften bei Temperaturänderungen
    • Strukturmechanische Analysen unter Berücksichtigung der Faserorientierungen und Bindenahteigenschaften
    • Mehr Effizienz in der Werkstoffauslegung
    • Berücksichtigung der Dehnratenabhängigkeiten

    Nutzen Sie diese Vorteile für Ihre Bauteilauslegung durch folgende Optionen:

    • Realisierung von Berechnungsdienstleistungen
    • Individuelle Beratungsleistungen und Consulting
    • Erwerb der Softwarelösung und Aufbau des Know-hows im eigenen Unternehmen


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    Historie Simulation

    Als leistungsstarkes Unternehmen blicken wir heute zurück auf mehr als 25 Jahre innovativer Technologie- und Entwicklungslösungen. Im Folgenden möchten wir mit Ihnen einen kleinen Ausflug zu unseren Leistungspunkten der Vergangenheit machen.
    • 2017

      Erweiterung des Berechnungsschwerpunktes mittels eines Schweißfachingenieurs

    • 2015

      Entwicklung einer Software für die Verzugsoptimierung von Kunststoffbauteilen

    • 2012

      Expertise in der Kunststoffberechnung- Integration von rheologischen Füllanalysen

    • 2010

      Integration von Auszubildenden / Dualen Studenten in die Disziplin Simulation

    • 2006

      Entwicklung Durability Inspector

      • Erbringung von Festigkeitsnachweisen nach FKM-Richtlinien
    • 2004

      CFD Analysen / Fluiddynamik

    • 2003

      Entwicklung eigener Software Produkte (Substruct)

    • 2001

      Gründung MES in Novgorod; Russland – verlängerte Werkbank

    • 1997

      Topologieoptimierung, rechnergestützte Bauteiloptimierung

    • 1995
      • Anbieter von Schulungen im FEM-Bereich
      • CAE unterstützt Kunden vor Ort (Simulation)
    • 1994

      FEM-Berechnungen

      • Nichtlineare FEM-Analysen
    • 1993

      Beginn Branche: Landmaschinentechnik

    • 1989

      FEM-Berechnungen

      • lineare Statik / Dynamik
      • Mehrkörpersimulation
    Die Branchen
    • Investitionsgüter
    • Konsumgüter
    • Kunststofftechnik
    • Automotive
    • Medizintechnik
    • Maschinenbau allg.
    • Land- und Baumaschinen
    • Mechatronik
    • Erneuerbare Energien
    • Muster- u. Prototypenbau

    Karriere bei CAE

    Die CAE Innovative Engineering GmbH bietet vielfältige Arbeits- und Karrieremöglichkeiten - für Berufseinsteiger und erfahrene Fachkräfte. Wir freuen uns darauf, Sie persönlich kennenzulernen.
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