Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) ist eine computergestützte Technik zur Vorhersage, wie ein Objekt auf äußere Kräfte, Vibrationen, Wärme, Flüssigkeitsströmungen und andere physikalische Einflüsse reagieren wird. Die FEA zerlegt ein reales Objekt in eine große Anzahl von Finite-Elementen. Mathematische Gleichungen helfen, das Verhalten jedes Elements separat vorherzusagen. Wenn Sie diese Gleichungen für alle Elemente zusammenstellen, können Sie das Verhalten des gesamten Objekts vorhersagen. In diesem Artikel werden die Best Practices beschrieben, die in der Industrie angewendet werden, um eine genaue Finite-Elemente-Analyse erfolgreich durchzuführen.
FEA Best Practices
Das Befolgen der unten aufgeführten Best Practices kann dazu beitragen, dass Ihre FEA so genau und effektiv wie möglich ist, sodass Sie fundierte Entscheidungen auf der Grundlage der Analyse treffen können.
1. Ziel klar definieren
- Das Problem verstehen: Definieren Sie klar, was Sie mit der Analyse erreichen wollen (z.B. Spannungsanalyse, Wärmeanalyse usw.).
- Leistungskriterien festlegen: Wissen Sie, was Sie herausfinden oder optimieren müssen (z.B. maximale Verschiebung, Spannungsniveaus, Temperaturverteilung).
2. Geometrie vereinfachen
- Unnötige Details entfernen: Vereinfachen Sie komplexe Modelle, indem Sie kleine Details entfernen, die die Analyse nicht wesentlich beeinflussen, wie kleine Verrundungen und Bohrungen.
- Symmetrie nutzen: Wenn das Teil oder die Baugruppe symmetrisch ist, modellieren Sie nur einen Abschnitt, um den Rechenaufwand zu reduzieren und das Modell einfacher zu fixieren.
3. Wählen Sie den richtigen Elementtyp
- Elementtyp: Wählen Sie je nach Art der Analyse (strukturell, thermisch usw.) den entsprechenden Elementtyp (tetraedrisch, hexaedrisch usw.) aus.
- Elementgröße und -qualität: Kleinere Elemente erhöhen die Genauigkeit, aber auch die Rechenzeit. Stellen Sie sicher, dass die Elemente von guter Qualität sind, um verzerrte Ergebnisse zu vermeiden.
4. Materialeigenschaften und Randbedingungen
- Genauigkeit der Materialeigenschaften: Stellen Sie sicher, dass die Materialeigenschaften (Elastizitätsmodul, Poissonzahl, Wärmeleitfähigkeit usw.) korrekt sind.
- Realistische Randbedingungen: Wenden Sie Kräfte, Zwänge und Wechselwirkungen an, die das reale Szenario möglichst genau nachbilden.
5. Modell vernetzen
- Netzverfeinerung: Führen Sie eine Netzverfeinerung in Bereichen mit hohen Spannungsgradienten oder dort, wo mehr Genauigkeit erforderlich ist, durch.
- Netzkonvergenzstudie: Führen Sie eine Netzkonvergenzstudie durch, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse unabhängig von der Netzgröße sind.
6. Lasten und Randbedingungen sorgfältig anwenden
- Korrekte Anwendung der Lasten: Stellen Sie sicher, dass die Lasten korrekt angewendet werden und die reale Anwendung widerspiegeln.
- Verwendung von Zwängen: Wenden Sie Zwänge an, die die tatsächlichen Zwänge genau darstellen, ohne das Modell zu übersteuern.
7. Ergebnisse berechnen und analysieren
- Solver-Einstellungen: Wählen Sie geeignete Solver-Einstellungen, die Genauigkeit und Rechenzeit in Einklang bringen.
- Ergebnisinterpretation: Interpretieren Sie die Ergebnisse sorgfältig, achten Sie auf Spannungsbereiche, Verschiebungsmuster und andere wichtige Indikatoren.
8. Validierung und Verifizierung
- Ergebnisse validieren: Vergleichen Sie die FEA-Ergebnisse nach Möglichkeit mit experimentellen Daten oder analytischen Lösungen, um das Modell zu validieren.
- Sensitivitätsanalyse: Führen Sie Sensitivitätsanalysen durch, um zu verstehen, wie sich Änderungen in den Parametern auf das Ergebnis auswirken.
9. Dokumentation und Berichterstattung
- Umfassende Berichterstattung: Dokumentieren Sie alle Aspekte der Analyse, einschließlich Annahmen, Randbedingungen, Materialeigenschaften und Ergebnisse.
- Klare Kommunikation: Stellen Sie sicher, dass der Bericht klar und verständlich für die Beteiligten ist, und heben Sie die wichtigsten Erkenntnisse und Empfehlungen hervor.
10. Kontinuierliches Lernen und Verbesserung
- Aus jeder Analyse lernen: Nutzen Sie die gewonnenen Erkenntnisse aus jeder Analyse, um zukünftige Modelle zu verbessern.
- Bleiben Sie auf dem Laufenden: Halten Sie sich über Fortschritte in den FEA-Softwarefähigkeiten, der Elementtechnologie und den Modellierungstechniken auf dem Laufenden.