月: 2023年6月

Was ist eine Drehhülse?

Eine Drehhülse ist ein Werkzeug, das zur Montage eines Drehzentrums verwendet wird und das Drehzentrum und die Schneiden, die zum Schneiden des Materials verwendet werden, hält.

Im Maschinenbau ist eine Pinole ein zylindrisches Teil, das an die Maschine angepasst ist. Der Außendurchmesser einer Drehhülse ist so ausgelegt, dass sie in einen Halter, ein Spannfutter oder eine Spannzange passt, die am Revolver oder Reitstock befestigt sind.

Der Innendurchmesser von Drehhülsen hingegen ist in verschiedenen Durchmessern erhältlich, um dem Durchmesser der Bohrungen zu entsprechen, an denen sie angebracht werden. Im Maschinenbau ist eine Hülse ein zylindrisches Teil, das für eine Maschine bestimmt ist.

Drehhülsen werden zur Befestigung von Schneidwerkzeugen, die zum Schneiden des Materials verwendet werden, und von Drehzentren, die das Material halten, verwendet. Der Außendurchmesser der Drehhülsen ist so ausgelegt, dass er in den Halter, das Futter oder die Spannzange passt, die am Revolver oder Reitstock befestigt sind. Der Innendurchmesser von Drehhülsen hingegen ist in verschiedenen Durchmessern erhältlich, um dem Durchmesser der Bohrungen zu entsprechen, an denen sie angebracht werden.

Anwendungen von Drehhülsen

Drehbänke werden hauptsächlich für die Bearbeitung von Werkstoffen wie Metall verwendet, aber auch andere Bearbeitungen können durch das Anbringen von anderen Werkzeugen als denen, die für die Bearbeitung verwendet werden, über eine Drehbankhülse durchgeführt werden.

Drehhülsen werden hauptsächlich zur Befestigung von Bohrstangen, Reibahlen usw. beim Bohren mit einer Drehmaschine verwendet. Drehhülsen mit einem Positioniermechanismus können auch zur Feineinstellung der Spitzenposition für eine genauere Bearbeitung verwendet werden.

Funktionsweise der Drehhülsen

Drehhülsen werden durch Einsetzen in einen Halter oder eine ähnliche Vorrichtung am Revolver oder Reitstock installiert. Anschließend wird ein Werkzeug mit einem dem Innendurchmesser der Drehhülse entsprechenden Werkzeug in die Hülse eingesetzt und von oben mit einer Schraube oder einem anderen Befestigungsteil gesichert.

Drehhülsen mit einem Positioniermechanismus haben zusätzlich zum Loch für die Befestigungsschraube eine Positionierschraube, die zur Einstellung der Spitzenposition gedreht werden kann. Der Aufnahmeschaft einer Bohrstange oder einer Reibahle, die in eine Drehhülse eingesetzt wird, wird als Schaft bezeichnet und sein Durchmesser als Schaftdurchmesser.

Bei der Auswahl einer Drehhülse ist darauf zu achten, dass der Innendurchmesser der Hülse mit dem Schaftdurchmesser des zu montierenden Bohrers übereinstimmt. Einige Drehhülsen sind mit einem Kühlmechanismus ausgestattet, der verhindert, dass die Temperatur des Drehwerkzeugs ansteigt. Bei diesen Produkten ist die Drehhülse mit Bohrungen versehen, durch die Kühlmittel zugeführt werden kann.

Was ist ein Polycarbonat-3D-Drucker?

Polycarbonat-3D-Drucker verwenden Polycarbonat als Filamentmaterial (Material, das in 3D-Druckern verwendet wird), um dreidimensionale Objekte bzw. Teile aus 3D-CAD-Daten (STL-Daten) herzustellen.

Das Verfahren zur Herstellung des Werkstücks heißt FDM (Fused Deposition Modelling), wobei das Filamentmaterial bei hoher Hitze geschmolzen und eluiert wird, während zweidimensionale dünne Materialschichten aufgeschichtet werden, um eine Form gemäß den Konstruktionsdaten zu schaffen.

Das Material Polycarbonat verfügt über eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit und wird daher bei der Herstellung von Automobilen und mechanischen Teilen verwendet.

Anwendungen für Polycarbonat-3D-Drucker

Polycarbonat ist ein typischer technischer Kunststoff mit höherer mechanischer Festigkeit und Wärmebeständigkeit als die meisten anderen Kunststoffe.
Zu den Anwendungen für Werkstücke aus Polycarbonat gehören:

1. Prototypen

• Prototypen werden verwendet, um die mechanische Leistung von geformten Produkten zu prüfen, und nicht nur als Muster, um ihr Aussehen zu überprüfen.

2. Vorrichtungen und Werkzeuge

• Aufgrund der Festigkeit und Härte des Materials werden sie als Vorrichtungen und Werkzeuge für den wiederholten Einsatz verwendet.

3. Endprodukte (hauptsächlich Teile)

• Nach dem Druck können die Teile poliert und lackiert werden, so dass sie als Endverbrauchsgüter (oder Teile) verwendet werden können.

Merkmale von Polycarbonat-3D-Druckern

Die mit einem Polycarbonat-3D-Drucker hergestellten Teile weisen die folgenden Merkmale auf:

Vorteile

• Die mechanische Festigkeit kann auch nach längerer Lagerung bei Temperaturen über 100 °C beibehalten werden.
• Wenn Teile auf Metallbasis durch Polycarbonat ersetzt werden, kann das Gewicht des Materials reduziert werden, während seine Festigkeit erhalten bleibt.
• Diese können zur Herstellung spezieller Vorrichtungen mit hoher mechanischer Festigkeit verwendet werden.
• Da die Teile direkt aus den Konstruktionsdaten (STL-Daten) hergestellt werden können, müssen keine Lagerbestände gehalten werden und es kann nur die benötigte Menge hergestellt werden.

Nachteile

1. Temperaturkontrolle

• Die Düse des 3D-Druckers ist heiß und die Temperatur muss kontrolliert werden (150-310 °C).
  Wenn die Temperatur zu hoch eingestellt ist, kann es zu Fadenbildung und Unschärfe kommen.
  Ist die Temperatur zu niedrig, ist die interlaminare Haftung möglicherweise nicht ausreichend und ein präzises Drucken ist möglicherweise nicht möglich.

2. Verzug

• Es ist wichtig, Verzug durch die Verwendung spezieller Platten zu verhindern.

3. Kontrolle der Material-Extrusionsgeschwindigkeit an der Düse

• Die Temperatur im Düsenbereich ist hoch, so dass es je nach Steuerung der Materialextrusionsgeschwindigkeit zu Fadenbildung kommen kann.

4. Defekte aufgrund von Feuchtigkeitsaufnahme des Materials

• Wenn Polycarbonat Feuchtigkeit aufnimmt, kann es zu Verformungen und Schweißfehlern kommen, weshalb die Trocknung des Materials kontrolliert werden muss.

Was ist ein Nylon-3D-Drucker?

Ein Nylon-3D-Drucker ist ein Gerät, das Nylon als Filamentmaterial (in 3D-Druckern verwendetes Material) verwendet, um dreidimensionale Objekte (Teile) aus 3D-CAD-Daten (STL-Daten) herzustellen.

Es gibt zwei Hauptmethoden zur Herstellung von Werkstücken. Die eine Methode nennt sich FDM (Fused Deposition Modelling).
Bei diesem Verfahren wird das Filamentmaterial bei hoher Hitze geschmolzen und eluiert, während zweidimensionale dünne Materialschichten aufeinander geschichtet werden, um eine Form entsprechend den Konstruktionsdaten zu erzeugen.

Das andere Verfahren heißt SLS (Pulver-Sinter-Schichtbau).
Bei diesem Verfahren werden pulverförmige Filamentmaterialien mit einem Laserstrahl bestrahlt, erhitzt und gesintert, um die gewünschte Form zu erzeugen.

Insbesondere Nylonmaterialien werden aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit zur Herstellung von Präzisionsmaschinen und Automobilteilen verwendet.

Anwendungen von Nylon-3D-Druckern

Nylon-3D-Drucker werden unter anderem für folgende Zwecke eingesetzt: 

1. Prototypen

• Zu den Anwendungen von Nylon gehört das Prototyping für funktionelle Leistungen.
  Es wird beispielsweise verwendet, um die mechanische Festigkeit, die chemische Beständigkeit und die Schlagfestigkeit von Produkten zu testen und um Muster zu formen.

2. Vorrichtungen und Werkzeuge

• Aufgrund der Abriebfestigkeit und der hohen mechanischen Festigkeit von Nylon wird es zur Herstellung von Vorrichtungen und Werkzeugen für den Einsatz in Produktionsprozessen verwendet.

3. Endprodukte (hauptsächlich Komponenten)

• Nylon wird für Teile verwendet, die in der Automobil- und Luftfahrtindustrie Anwendung finden.

Eigenschaften von Nylon-3D-Druckern

Die mit Nylon-3D-Druckern hergestellten Formteile weisen folgende Merkmale auf:

Vorteile

1. Hitzebeständigkeit

• Teile aus Nylonmaterialien weisen eine hohe Hitzebeständigkeit auf. Je nach Art des Materials können sie Temperaturen von bis zu 80 °C standhalten.

2. Schlagfestigkeit

• Nylonwerkstoffe weisen im Allgemeinen eine hohe Schlagfestigkeit auf. Insbesondere haben sie eine hohe Schlagzähigkeit unter den Thermoplasten.

3. Zugfestigkeit (Zähigkeit)

• Die hohe Zähigkeit des Materials bedeutet, dass sich das Teil bei Krafteinwirkung zunächst elastisch verformt, aber seine Form beibehält und nicht leicht reißt.

Nachteile

1. Stark hygroskopische Eigenschaft

• Die stark hygroskopische Eigenschaft von Nylon kann zu fehlerhaften Teilen führen. Um Defekte an Teilen zu vermeiden, wird Nylon trocken gelagert. Daher werden für die Materiallagerung trockene Behälter verwendet und der Drucker selbst wird in einem trockenen Raum betrieben.

2. Verzug der Teile

• Wenn das Material selbst Feuchtigkeit aufnimmt, kann es sich während des Modellierens verformen.

3. Schlechte interlaminare Adhäsion

• Beim FDM-System wird die interlaminare Haftfestigkeit im fertigen Teil verringert, wenn feuchtigkeitsaufnehmende Materialien verwendet werden.

4. Geringere mechanische Festigkeit

• Die Schlag- und Abriebfestigkeit von Teilen aus trockenen Materialien ist hoch, aber diese Eigenschaften gehen verloren, wenn feuchtigkeitsabsorbierende Materialien verwendet werden.

Was ist ein Kohlenstoff-3D-Drucker?

Ein Kohlenstoff-3D-Drucker ist eine Fertigungsmaschine, die Formmaterial mit zugesetztem Kohlenstoff in einer 2D-Querschnittsform laminiert und ein dreidimensionales Modell auf der Grundlage von 3D-Daten formt. Kohlenstoff kann die Festigkeit drastisch erhöhen.

Durch das Einweben langer Kohlenstofffasern kann eine Festigkeit erreicht werden, die mit der von Aluminium vergleichbar ist. Neben Kohlenstoff können in einigen Produkten auch Kevlar- und Glasfasern verwendet werden.

Aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit werden sie für Drohnenkomponenten, ferngesteuerte Teile, Vorrichtungen, Schrauben und Propeller verwendet.

Anwendungen von Kohlenstoff-3D-Druckern

Neben den Vorteilen des geringen Gewichts und der hohen Festigkeit verfügen Kohlenstoff-3D-Drucker über eine hervorragende Hitzebeständigkeit, Stabilität, Präzision, Elastizität, Schlagfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Sie bieten auch die Vorteile von 3D-Druckern wie kürzere Entwicklungszeiten, sofortige Prototypenerstellung von Designkonzepten und Produktion von Kleinserien in hoher Stückzahl, weshalb viele Unternehmen beginnen, sie in ihrer Entwicklungsarbeit umfassend einzusetzen.

Wenn ein Produkt, das mit einem herkömmlichen 3D-Drucker aus Harz hergestellt wird, nicht stark genug ist oder eine niedrige Temperaturbeständigkeit aufweist, wäre es besser, metallische Werkstoffe zu verwenden, was jedoch Probleme in Bezug auf Ausrüstung und Kosten mit sich bringt. Das Hinzufügen von Kohlenstoff ohne Änderung des Harzmaterials löst das Problem ein für alle Mal.

Funktionsweise von Kohlenstoff-3D-Druckern

Die Funktionsweise der 3D-Drucker beruht häufig auf dem optischen Modellierverfahren, bei dem dünne Schichten von Modelliermaterial aufeinander geschichtet und durch Einwirkung eines UV-Lasers auf das flüssige Harz allmählich gehärtet werden oder auf dem FDM-Verfahren, bei dem das Material durch Hitze geschmolzen und geschichtet wird. Das optische Modellieren hat gegenüber dem FDM-Verfahren den Vorteil einer glatteren Oberfläche. Weitere Verfahren sind das Material-Jetting und das Klebstoff-Jetting, die der Tintenstrahltechnik ähneln. Das Pulversinterverfahren, bei dem pulverförmige Materialien durch Laserbestrahlung gesintert werden, hat den Vorteil, dass auch metallische Werkstoffe verwendet werden können.

Eine Methode zum Hinzufügen von Kohlenstoff zu Harzmaterial besteht darin, das Harzmaterial und das Verstärkungsmaterial getrennt bereitzustellen, die Materialien im Inneren des 3D-Druckergehäuses zu verbinden und sie als Verbundmaterial aus einer einzigen Düse zu extrudieren.

Es werden auch andere Verstärkungsmaterialien als Kohlenstoff verwendet. Langfaserige Kohlenstofffasern sind leicht und bieten die höchste Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Glasfasern sind kostengünstig, wiegen etwa doppelt so viel wie Kohlenstofffasern und sind etwa 40 % stärker; außerdem gibt es hoch hitzebeständige Glasfasern mit einer Hitzebeständigkeit von 105 °C. Darüber hinaus hat Kevlar eine ausgezeichnete Flexibilität und Abriebfestigkeit und zeichnet sich durch eine hohe Schlagfestigkeit aus.

Was ist ein Nano-3D-Drucker?

Ein Nano-3D-Drucker ist ein Präzisions-3D-Drucker, der unter den 3D-Druckern eine Auflösung von 100 Nanometern (0,1 µm) aufweist.

Er ist in der Lage, auf der Nanoskala zu modellieren und kann Objekte im mikroskopischen Maßstab herstellen, die mit herkömmlichen 3D-Druckern nicht produziert werden könnten.

Da die Schichten dünn und glatt sind, lassen sich außerdem extrem glatte Oberflächen in Bezug auf die Oberflächenrauigkeit erzielen, was die Herstellung hochpräziser Produkte auch für kleine Teile ermöglicht.

Anwendungen von Nano-3D-Druckern

Es gibt eine Vielzahl von Bereichen, in denen die Technologie der Nano-3D-Drucker eingesetzt wird.

Nano-3D-Drucker werden beispielsweise in der Medizin eingesetzt, wo es auf Präzision ankommt sowie in der Kunst- und Unterhaltungsindustrie für Miniaturkunst wie z. B. Figuren und  gewinnen als neue Form der Kunst immer mehr an Bedeutung.

Darüber hinaus wird erwartet, dass durch die Verbesserung der Präzision der Klebefläche bei der Montage von Kleinteilen wie z. B. elektronischen Leiterplatten Mängel in elektronischen Geräten wie z. B. schlechte Verbindungen verringert werden können.

Merkmale von Nano-3D-Druckern

Das FDM-Verfahren (thermisches Schmelzen und Stapeln), das in preiswerten 3D-Druckern verwendet wird, weist grobe Nähte zwischen den Schichten auf, was die Präzision des geformten Objekts erschwert.

Die Vorteile des optischen Modellierverfahrens liegen in der hohen Modelliergeschwindigkeit und darin, dass das Material im Gegensatz zum FDM-Verfahren keine hohen Temperaturen erreicht, so dass eine Schrumpfung weniger wahrscheinlich ist.

Darüber hinaus können glatte Oberflächen erzielt werden, da keine Laminierspuren zu sehen sind, so dass das Verfahren leicht zu bemalen ist und sich daher für den Figuren- und Modellbau eignet.

Da sich mit Acrylharzen außerdem hochtransparente Modellierobjekte herstellen lassen, werden sie bei der Herstellung von Prototypen wie z. B. Autoscheinwerfern verwendet.

Ein Nachteil ist, dass es aufgrund seiner Eigenschaft, auf ultraviolettes Licht zu härten, empfindlich gegenüber direkter Sonneneinstrahlung ist und stets kühl und dunkel gelagert werden muss, was die Lagerung kostspielig macht.

Ein weiterer Nachteil ist die zeitaufwändige Nachbearbeitung wie z. B. das Polieren und Beschichten nach der Bearbeitung.

Was ist ein Metall-3D-Drucker?

Ein Metall-3D-Drucker ist ein Metallverarbeitungsverfahren, bei dem geschmolzenes Metall verwendet wird, um Teile wie bei einem Drucker auf der Grundlage von 3D-Daten zu formen, die auf einem PC oder einem anderen Gerät erstellt wurden.

Die Technologie der Metall-3D-Drucker ist noch nicht so weit verbreitet wie spanabhebende Verfahren, aber sie kann komplexere Formen herstellen als die Präzisionsbearbeitung mit 5-Achsen-Bearbeitungszentren und Formen, die von spanabhebenden Werkzeugen nicht erreicht werden können, und ihre allmählich steigende Kosteneffizienz hat dazu geführt, dass sie in den letzten Jahren von immer mehr Unternehmen eingeführt wurde. Die Zahl der Unternehmen, die diese Technologie einführen, hat in den letzten Jahren aufgrund ihrer allmählichen Kosteneffizienz zugenommen.

Anwendungen von Metall-3D-Druckern

Metall-3D-Drucker werden in der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrt, in der Industrie, wo hohe Leistungen erforderlich sind und in der Medizin eingesetzt.

Beispielsweise werden 3D-Drucker zur Herstellung von Teilen mit komplexen Formen wie Einspritzdüsen in Flugzeugtriebwerken, Turbinenschaufeln und Raketentriebwerksteilen sowie von Teilen zur Gewichtsreduzierung und Elektrifizierung in der Automobilindustrie eingesetzt.

In der Medizin werden 3D-Drucker auch für die Modellierung von künstlichen Gelenkimplantaten eingesetzt.

Merkmale von Metall-3D-Druckern

Es gibt drei Haupttypen von Metall-3D-Druckern, die jeweils unterschiedliche Merkmale aufweisen:

Pulverkopf-Verfahren

Bei dieser Methode werden kleine kugelförmige Pulver mit einer Größe von 10 µm bis 60 µm aufgetragen, das aufgetragene Pulver mit einem Elektronenstrahl oder Laser bestrahlt und nur die für die Formgebung erforderlichen Teile geschmolzen und verfestigt.

Dies ist die gängigste Methode in aktuellen Metall-3D-Druckern und zeichnet sich durch eine hohe Maßgenauigkeit aus, hat aber den Nachteil, dass die Herstellung sehr lange dauert.

Gerichtetes Energiedepositionsverfahren

Bei diesem Verfahren wird ein Laser als Wärmequelle für das Schmelzen des Metalls verwendet. Das Metallpulver wird durch eine Düse eingespritzt und von einem zentralen Laser bestrahlt, der das Metall beim Einspritzen zum Schmelzen bringt, um das Objekt zu erzeugen.

Es kann für große Teile verwendet werden, indem die Länge der drei Achsen (XYZ) verändert wird, und zeichnet sich durch seine hohe Flexibilität aus, die auch die Reparatur von Teilwänden (Laser Cladding) verschlissener Formen ermöglicht.

FDM-Verfahren

Bei diesem Verfahren wird ein Gemisch aus thermoplastischem Harz und Metallpulver, das durch Wärme erweicht, extrudiert und schichtweise geformt.

Es ist vergleichsweise kostengünstig, erfordert aber eine Entfettung und wegen der Schrumpfung während des Sinterns ist eine separate Nachbearbeitung erforderlich.

Was ist eine FEM-Simulationssoftware?

FEM-Simulationssoftware ist eine computergestützte numerische Analyse, bei der die Finite-Elemente-Methode (FEM) verwendet wird, um das Design zu optimieren und das Verhalten von Strukturen, Flüssigkeiten, Wärme, Elektromagnetismus und anderen Bereichen zu analysieren.

Die Finite-Elemente-Methode ist eine Methode zur numerischen Ermittlung von Näherungslösungen für Differentialgleichungen, die analytisch nur schwer zu lösen sind. Bei der Finite-Elemente-Methode wird der Bereich, in dem die Gleichungen definiert sind, in kleinere Teile (Elemente) unterteilt und innerhalb jedes Elements durch einfache Funktionen angenähert. Die Gesamtlösung wird dann so ermittelt, dass Bedingungen wie Kontinuität und Kräftegleichgewicht an den Grenzen der einzelnen Elemente erfüllt sind.

Im Vergleich zur Finite-Differenzen-Methode als Methode der numerischen Analyse zeichnet sich die Finite-Elemente-Methode dadurch aus, dass sich komplexe Geometrien leicht analysieren und universell einsetzbare Programme erstellen lassen. Ausgehend von der Festigkeitsauslegung von Strukturen und den Fortschritten in der Computertechnologie hat sie sich zu dynamischen Analysen, zur plastischen Verarbeitung, zum Crash-Verhalten, zur Analyse großer Verformungen, zu groß angelegten Fluid- und Wärmeberechnungen usw. entwickelt.

Anwendungen der FEM-Simulationssoftware

FEM-Simulationssoftware hat ein breites Anwendungsspektrum in der Strukturmechanik und der Strömungsdynamik.

1. Strukturen

In der Strukturmechanik gehören dazu die Vorhersage von Schweißverformungen und die Berechnung von Restdehnungen, der Zusammenbruch von Fachwerkstrukturen, die Analyse der Rissausbreitung, die Wärmeleitung, die thermische Spannungs- und Dehnungsanalyse von Dünnblechverbindungen und die Simulation großer Crash-Verformungen in Automobilen.

2. Elektronik

In der Elektronik gehören dazu das Verständnis der thermischen Ermüdungsfestigkeit elektronischer Komponenten, die Modellierung von Leuchtstofflampen, der Entwurf von Leiterplatten, akustische Eigenschaften von Lautsprechersystemen und die Analyse von Antenneneigenschaften.

3. Architektur und Bauwesen

In den Bereichen Architektur und Bauwesen umfassen die praktischen Anwendungen die Schwingungseigenschaften von Hochhäusern, die akustischen Eigenschaften von Hallen, die Festigkeit von Dämmen und Böden, die Analyse von Erdrutschen und die Simulation der Verstärkung seismischer Wellen durch die Oberflächengeologie.

4. Flüssigkeit und Wärme

Auf dem Gebiet der Flüssigkeiten und der Wärme findet sie ebenfalls breite Anwendung in der Strömungsmechanik und der viskosen Strömung, dem Verhalten von Polymeren bei großen Verformungen und der Erstarrungssimulation beim Gießen.

Funktionsweise der FEM-Simulationssoftware

Nehmen wir als Beispiel den Bereich der Materialmechanik, in dem die Finite-Elemente-Methode am häufigsten eingesetzt wird. Kommerzielle Finite-Elemente-Analysesoftware umfasst oft einen Teil zur Modellerstellung, einen Teil zur Simulationsausführung und einen Teil zur Nachbearbeitung, aber es gibt auch Software, die nur den Teil zur Simulationsausführung (Solver) enthält, oder Software, die sich auf die Modellerstellung beschränkt.

Es gibt auch Software, die sich in 3DCAD- und 2DCAD-Software integrieren lässt, was sich zunehmender Beliebtheit erfreut, da sie von den Konstrukteuren leicht gehandhabt werden kann.

1. Vorverarbeitung und Modellerstellung

Die Modellerstellung ist der Prozess der Erstellung der Geometrie für die CFD-Simulation. In vielen Fällen können in 3D-CAD erstellte Dateiformate wie STEP, IGES und Parasolid verwendet werden.

Um die Berechnungen durchführen zu können, wird die Geometrie des Modells durch ein Gitter, das so genannte Mesh, dargestellt. Die Erstellung eines sauberen Gitters ist ein wichtiger Faktor, um die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Analyse zu erhöhen.

Die Software zur Modellerstellung bietet Funktionen, die es dem Benutzer ermöglichen, die Größe usw. einfach auszuwählen und automatisch ein hochwertiges Netz zu erstellen.

2. Teil der Simulationsausführung

Dieser Abschnitt bezieht sich auf den Teil des Systems, der gemeinhin als Solver bezeichnet wird. Solver sind heutzutage mit der Fähigkeit ausgestattet, komplexere Modelle zu lösen und Berechnungen mit höherer Geschwindigkeit durchzuführen, was auf die Verbesserung der Computerleistung zurückzuführen ist. In Solvern werden die Berechnungen auf folgende Weise durchgeführt:

• Die Verschiebungskomponenten der Knoten, aus denen das Element besteht, werden durch { ue } dargestellt.
• Man erstellt eine Formfunktion [ N ], die die Verschiebung eines beliebigen Punktes im Element aus den Verschiebungskomponenten der Knoten bestimmt. Sie wird durch eine lineare oder quadratische Gleichung interpoliert.
• Konstruieren Sie eine Verschiebungs-Dehnungsmatrix [ B ], um die Dehnung { ε } eines beliebigen Punktes im Element aus den Verschiebungskomponenten der Knoten zu ermitteln. Die Verschiebung wird durch den Abstand differenziert.
• Konstruieren Sie eine Spannungs-Dehnungs-Matrix [ D ], um die Spannung { σ } aus der Dehnung { ε } an einem beliebigen Punkt im Element zu ermitteln. Sie kann aus der Materialmechanik gewonnen werden, z. B. aus dem Elastizitätsmodul und der Poissonzahl. { σ } = [ D ] { ε } = [ D ] [ B ] { ue } ergibt die Spannung { σ } aus der Verschiebungskomponente { ue } im Knotenpunkt.
• Nach der Funktionsweise der virtuellen Arbeit (wenn ein Objekt unter einer äußeren Kraft im Gleichgewicht ist, sind die innere Arbeit (Dehnung × Spannung aufgrund der virtuellen Verschiebung) und die durch die äußere Kraft verrichtete äußere Arbeit (äußere Kraft × virtuelle Verschiebung) gleich, wenn das Objekt kleinen virtuellen Verschiebungen ausgesetzt ist) wird eine Steifigkeitsmatrix [ Ke ] erstellt

3. Teil der Nachbearbeitung

Die Ergebnisse der Analyse können anhand eines 3D-Modells visualisiert werden, was ein intuitiveres Verständnis der Analyseergebnisse ermöglicht.

Weitere Informationen zur FEM-Simulationssoftware

Vergleich von FEM-Simulationssoftwares

FEM-Simulationssoftware bietet eine breite Palette von Funktionen und Benutzerfreundlichkeit.

FEM-Simulationssoftware lässt sich grob unterteilen in:

(1) Software für Konstrukteure mit benutzerfreundlicher Modellerstellung und Nachbearbeitung, so dass Konstrukteure sie leicht verwenden können

(2) Allzweck-Software für komplexe und fortgeschrittene Analysen

(3) spezielle Software für Elektromagnetismus, Schwingungen und Strukturanalysen

Zu den Typen (1) gehören, wie oben erwähnt, die in 3D-CAD integrierte Software und solche, die die Kosten durch Konzentration auf 2D-Analysefunktionen begrenzen. Stattdessen sind sie so konzipiert, dass sie auch ohne Simulationskenntnisse nahezu intuitiv zu bedienen sind.

Die unter (2) genannten Programme verfügen über Unterprogramme, die es dem Benutzer ermöglichen, eigene Programme für fortgeschrittene Analysen zu schreiben, und die unter (2) genannten Programme können Multiphysik wie Wärme-, Struktur- und Strömungsphysik gleichzeitig verarbeiten.