In de moderne techniek dwingt de wedloop om innovatie tot een drastische verkorting van de ontwikkelingscycli. Traditioneel moest een ontwerp echter worden gevalideerd door het vervaardigen van meerdere fysieke prototypes. Dit was dan ook een kostbaar, traag en vaak verspillend proces. Daarom wordt er tegenwoordig, SOLIDWORKS Simulatie biedt een strategisch alternatief door gebruik te maken van eindige-elementenanalyse (FEA) om het mechanische gedrag van een product virtueel te voorspellen. Bovendien kunnen engineeringteams, door spannings- en vermoeidheidsanalyses al in de CAD-fase te integreren, hun afhankelijkheid van destructieve tests verminderen. Daardoor kunnen ze hun productiekosten optimaliseren.
- De FEA (eindige-elementenanalyse) van SOLIDWORKS Simulation voorspelt het mechanische gedrag van een onderdeel nog voordat er een prototype wordt vervaardigd.
- De statische analyse controleert de draagkracht; de veiligheidscoëfficiënt geeft aan in hoeverre de overdimensionering kan worden teruggeschroefd.
- De vermoeidheidsanalyse (S-N-curves) geeft een schatting van de levensduur over duizenden cycli.
- Dankzij de koppeling tussen CAD en simulatie wordt het ontwerp bij elke wijziging bijgewerkt: we kunnen snel itereren en zo van tien prototypes naar één enkel prototype gaan.
1. Inzicht in de FEA binnen het SOLIDWORKS-ecosysteem
De eindige-elementenanalyse (FEA) is een numerieke methode waarmee reële fysische verschijnselen kunnen worden gesimuleerd. Meer bepaald, in SOLIDWORKS Simulation, wordt een onderdeel of een complexe samenstelling opgedeeld in een «mesh» die bestaat uit miljoenen kleine geometrische elementen (tetraëders of hexaëders).
Zoals overigens wordt benadrukt door de technische SOLIDWORKS-experts, hangt de nauwkeurigheid van een simulatie onlosmakelijk samen met de kwaliteit van het net. Bovendien reconstrueert de software, door voor elk afzonderlijk element algebraïsche vergelijkingen op te lossen, het totale gedrag van de constructie onder invloed van mechanische, thermische of trillingsbelastingen. Dankzij deze aanpak kunnen ingenieurs dus gebieden met hoge spanningsconcentraties identificeren lang voordat het eerste prototype wordt vervaardigd.
2. Statische spanningsanalyse: uw eerste verdedigingslinie
De lineaire statische analyse vormt de basis van virtuele validatie. Met andere woorden: hiermee kan worden vastgesteld of een ontwerp gedurende zijn levensduur bestand is tegen de verwachte belastingen zonder blijvende vervorming of breuk.
Optimalisatie van de veiligheidsfactor (FoS)
Een van de meest voorkomende inefficiënties in de techniek is dan ook «overdimensionering». Uit angst voor breuk, de ontwerpers voegen vaak te veel materiaal toe. Bovendien verhoogt dit het gewicht en de productiekosten. Dankzij de weergave van de veiligheidscoëfficiënt in SOLIDWORKS kunt u echter het «dode gewicht» identificeren. Dit zijn de gebieden waar het materiaal onderbenut is, en u kunt dit verwijderen zonder de integriteit van de constructie in gevaar te brengen.
Validatie van complexe assemblages
In tegenstelling tot handmatige berekeningen, die beperkt blijven tot vereenvoudigde geometrieën, kan SOLIDWORKS Simulation complexe interacties verwerken, zoals:
– Contacten zonder dat de onderdelen elkaar raken.
– Krimpverbindingen (shrink fits).
– Virtuele verbindingselementen (bouten, veren, lasnaden).
Om deze geavanceerde modelleertechnieken onder de knie te krijgen, kunt u bovendien de technische handleidingen raadplegen op Ohmycad, die specifieke workflows bieden om de configuratie van uw contacten en connectoren te optimaliseren.
3. Vermoeidheidsanalyse: het voorspellen van de duurzaamheid op lange termijn
Bovendien kan een onderdeel een statische belastingstest prima doorstaan, maar toch voortijdig breken na 10.000 gebruikscycli. Dat is het onzichtbare gevaar van materiaalmoeheid.
De rol van de curves S-N
SOLIDWORKS Simulation maakt namelijk gebruik van geavanceerde materiaalgegevens, waaronder S-N-curves (spanning versus aantal cycli), om de resterende levensduur van een product in te schatten. Op basis van de technische documentatie maakt de integratie van vermoeidheidstests het mogelijk om complexe cyclische belastingsomgevingen te simuleren, wat van essentieel belang is in de lucht- en ruimtevaart- en de automobielsector.
Vermindering van het aantal productterugroepingen
Door tien jaar gebruik in slechts enkele uren rekenwerk te simuleren, sluit u het risico op voortijdige storingen in de praktijk uit. Hier ligt de kracht van uw engineeringproces: een product leveren dat gegarandeerd bestand is tegen te verwachten slijtage.
4. Waarom de integratie van CAD en simulatie een concurrentievoordeel is
Het grootste voordeel van het SOLIDWORKS-ecosysteem ligt in de volledige associativiteit ervan. Als u een wanddikte of een afrondingsstraal in uw CAD-model wijzigt, wordt de simulatiestudie automatisch bijgewerkt.
– Ten eerste: een snelle iteratie: Test vijf ontwerpvarianten in één ochtend.– Ten tweede: een kostenbesparing: Door van tien fysieke prototypes over te stappen op één enkel prototype voor de «definitieve validatie» kunnen tienduizenden euro’s aan gereedschap en materialen worden bespaard.
– Eindelijk een innovatie die een impuls krijgt: Simulatie biedt het nodige vertrouwen om te experimenteren met innovatieve materialen of gedurfde geometrieën (zoals topologische optimalisatie of traliewerkconstructies).
Om deze vaardigheden verder te verdiepen, kunt u de gespecialiseerde opleidingsbronnen op Ohmycad, uw toonaangevende platform voor CAD-expertise en software-optimalisatie.
Conclusie en beste praktijken
Kortom, het gebruik van numerieke simulatie is niet langer een optie voor de toonaangevende ingenieursbureaus. Houd deze best practices in gedachten om de overgang naar een «Zero Prototype»-strategie tot een succes te maken:
Controleer uw randvoorwaarden: Een simulatie is alleen nauwkeurig als de bevestigingen en de uitgeoefende belastingen de fysieke werkelijkheid weerspiegelen.
Breng een verband aan met de werkelijkheid: gebruik de gegevens van uw recentste fysieke tests om uw virtuele modellen af te stemmen op uw toekomstige projecten.
Optimaliseer uw workflow vandaag nog
Het verkleinen van prototypes is dus een strategische beslissing waarvoor de juiste tools en gespecialiseerde expertise nodig zijn. Weet u niet welk simulatiepakket het beste aansluit bij uw specifieke technische uitdagingen? Onze gecertificeerde experts staan klaar om u te begeleiden door middel van een audit van uw processen of een demonstratie op maat.
Veelgestelde vragen
Wat is FEA in SOLIDWORKS Simulation?
Een numerieke methode waarbij een onderdeel wordt opgedeeld in een netwerk van elementen en waarbij het gedrag ervan onder mechanische, thermische of trillingsbelastingen wordt berekend. De nauwkeurigheid van het resultaat hangt rechtstreeks af van de kwaliteit van het netwerk.
Vervangt simulatie fysieke prototypes?
Het zorgt voor een aanzienlijke vermindering ervan. Meestal wordt er slechts één prototype voor de definitieve validatie bewaard in plaats van meerdere, wat besparingen oplevert op gereedschap en materialen.
Wat is het verschil tussen statische analyse en vermoeidheidsanalyse?
De statische analyse controleert of het onderdeel bestand is tegen de verwachte belastingen zonder te breken of blijvende vervorming op te lopen. De vermoeidheidsanalyse voorspelt de levensduur bij herhaalde cycli, op basis van S-N-curves.
Waarvoor dient de veiligheidscoëfficiënt?
Het meet de marge tussen de werkelijke spanning en de grenswaarde van het materiaal. Het brengt het «dode gewicht» aan het licht: die overgedimensioneerde zones waar materiaal kan worden verwijderd zonder het onderdeel kwetsbaarder te maken.