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:
  • Steinbrechanlagen
  • Kranbau
  • Anlagenbau
  • Landmaschinen
  • Pumpen
  • Haushaltsgeräte
  • Werkzeugmaschinenbau
  • Sondermaschinenbau

 

 


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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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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 Novogorod; 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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