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Terminate »Trial & Error« Prototypen sind unverzichtbar, zeigen jedoch in jeder Phase nur den Status quo: funktioniert oder funktioniert nicht. Wo besteht Optimierungspotential? Unsere Simulationen machen es sichtbar und liefern die physikalische Basis für fundierte Entscheidungen im Produktentwicklungsprozess.

Statik

Von allen Disziplinen der Simulation ist die Strukturmechanik die älteste. Sie ist historisch gewachsen, am weitesten verbreitet und beantwortet folgende Fragen zur Produktperformance:

Typische Fragestellungen:

  • Halt das Bauteil den Belastungen stand?
  • Wo können wir wieviel Material einsparen?
  • Müssen wir die Struktur lokal versteifen?
  • Sind ausreichende Sicherheiten vorhanden?
  • Halten sich die Verformungen in Grenzen?

Numerica liefert konkrete Antworten:

  • Deformationen. Spannungen. Dehnungen
  • Optimale Wandstärkenverteilung
  • Systemsteifigkeit, Kontaktverhalten
  • Stabilität (Knicken / Beulen)
  • Langzeit-Kriechverhalten

Dynamik

Die Dynamik beschreibt nicht nur was uns bei Numerica antreibt, sie untersucht im Allgemeinen Kräfte als Ursache von Bewegungen. Dabei dreht sich alles um Masse, Steifigkeit, Dämpfung & Co. Sowohl bei implizitem als auch explizitem Berechnungsansatz ergeben sich daraus viele Fragen zum Systemverhalten:

Typische Fragestellungen:

  • Wo treten maximale Kräfte & Momente auf?
  • Sollte das System schwingungstechnisch entkoppelt werden?
  • Beeinträchtigt die Maschinendynamik Ihre Produktqualität?
  • Bei welchen Frequenzen droht Resonanz?
  • Übersteht das Produkt Kollisionen?

 

Numerica liefert konkrete Antworten:

  • Dynamisches Verhalten von Bauteilen / -gruppen
  • Eigenfrequenzen und Moden
  • Verhalten auf Harmonische Anregungen
  • Zufallserregte Schwingungen
  • Spektrales Antwortverhalten
  • Strukturverhalten bei Crash / Droptest

BETRIEBSFESTIGKEIT

Mit unseren behördentauglichen Festigkeitsnachweisen sind sie sicher… Punkt! Unsere numerischen Simulationen unterstützen Ihre Produktentwicklung in Hinblick auf sichere und normgerechte Bauteilauslegung in Anlehnung an folgende Normen und Richtlinien:

  • FKM-Richtlinie
  • Druckbehälter nach EN13445, AD2000, ASME, etc
  • Schraubenverbindungen nach VDI 2230 (Bl. 1 & 2 ) wahlweise Eurocode 3
  • Schweißnahtverbindungen nach IIW, FKM, DVS, etc
  • Schienenfahrzeuge nach DVS, EN12663, IEC61373
  • Kranbau nach EN13001

Typische Fragestellungen:

  • Wie hoch sind die Bauteilsicherheiten, Auslastungsgrad bzw. die Reserven?
  • Ist das Bauteil dauerfest oder zeitfest?
  • Welche Lastfallkombination ist für das Bauteil am ungünstigsten?
  • Wie viele Belastungszyklen sind ertragbar bis zum Anriss?
  • Garantieren die Schrauben eine sichere Bauteilverbindung?

Numerica liefert konkrete Antworten:

  • Sicherheitsfaktoren und Auslastungsgrade über alle Lastfälle
  • Ertragbare Zyklenzahl, Lebensdauer
  • Dauerfestigkeit / Zeitfestigkeit

Temperatur­feld­analysen

In der Regel bilden Temperaturfeldanalysen die Basis für nachfolgende Berechnungen. In einem zweiten Schritt ermitteln wir zum Beispiel resultierende Spannungen und Verformungen (klassische Einweg-Kopplung).

Typische Fragestellungen:

  • Wie hoch sind die Maximaltemperaturen an der Oberfläche?
  • Wie viel Wärme wird dem Bauteil entzogen?
  • Hat Radiation einen signifikanten Einfluss?
  • Wann und wie werden die Zieltemperaturen erreicht?
  • Welchen Schädigungsanteil hat die thermische Belastung?

 

Numerica liefert konkrete Antworten:

  • Temperaturverteilung in Baugruppen / an der Oberfläche
  • Einfluss von Isolationen und Umgebung
  • Konduktions-, Konvektions-, Radiationsanteil
  • Entschärfung thermischer Hotspots
  • Antworten auf temperaturabhängiges Materialverhalten

Fluiddynamik

In der Fluiddynamik (CFD) stehen bei den meisten Anwendungen die physikalischen Größen Druck, Geschwindigkeit und Dichte im Fokus – in Abhängigkeit von der Temperatur sowie den Phänomenen Turbulenz, Phasenwechsel und Partikeltransport.

Typische Fragestellungen:

  • Reicht der Volumenstrom aus?
  • Wie können wir den Druckverlust minimieren?
  • Wo setzen sich die Partikel ab?
  • Treten Phasenwechsel auf?
  • Wann ist ein stationärer Zustand erreicht?
  • Wie durchmischen sich die Flüssigkeiten?

 

Numerica liefert konkrete Antworten:

  • Strömungsgeschwindigkeiten
  • Druckverhältnisse und Druckverluste
  • Kondensation und Verdampfung
  • Partikeltransport und Sedimentation
  • Gekoppelte Wärmeübertragung
  • Phasenverteilungen

Kopplung

Reale Prozesse bestehen meist aus komplexen Wechselwirkungen zwischen Struktur und Strömung. Um die Physik realitätsnah abzubilden, sind gekoppelte Simulationen nötig. Durch die Interaktion von Strukturmechanik, Fluidmechanik und Thermodynamik (FSI) lassen sich solche multiphysikalischen Prozesse präzise analysieren und verstehen.

Typische Fragestellungen:

  • Wie wirkt der Druck im Fluid auf meine Struktur?
  • Erzeugt die Wechselwirkung kritische Schwingungen?
  • Welcher Wärmeaustausch erfolgt zwischen Struktur und Fluid?
  • Ist eine ausreichende Kühlung durch die Strömung gegeben?
  • Reicht natürliche Konvektion oder muss sie erzwungen werden?

 

Numerica liefert konkrete Antworten:

  • Einweg Kopplung: Übertragung von z. B. Druck- oder Temperaturfeldern aus der CFD auf die Struktur. Visualisierung der daraus entstehenden Spannungen und Deformationen.
  • Mehrweg Kopplung: Analog zur einseitigen Kopplung wird in mehreren Schritten ein wechselseitiges Gleichgewicht iteriert.