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Fachkompetenz 02

FEM- & CFD-Simulation

Simulieren statt probieren: Festigkeit, Verformung, Eigenfrequenzen, Strömung und Wärme werden am 3D-Modell geprüft – bevor gefertigt wird.

Simulation der Strömungen und des Wärmeabtransports in einem Gerätegehäuse
Simulation der Strömungen und des Wärmeabtransports in einem Gerätegehäuse – jede Linie ist der Weg der Kühlluft

Simulationen ersetzen teure Fertigungsiterationen. Kräfte und Momente werden so aufgebracht, wie sie im Betrieb wirken – aus der Konstruktion abgeleitet, nicht geschätzt. Das Ergebnis ist eine Freigabe zur Fertigung, die auf Zahlen steht: Spannungen, Verformungen, Sicherheitsfaktoren, Temperaturen.

Weil Konstruktion und Simulation bei uns aus einer Hand kommen, fließen die Ergebnisse direkt zurück ins Modell: Material dort, wo es gebraucht wird, und eingespart, wo nicht. Geometrieanpassungen verschieben Eigenfrequenzen aus dem kritischen Bereich, Strömungsführungen werden verbessert, bevor ein Prototyp gebaut wird.

fem · winkelhaltervergleichsspannung

FEM · StrukturanalyseEchte 3D-FE-Rechnung eines Winkelhalters (F = 1 kN), erst mit Tetraedern, dann mit Hexaedern (Quads): Lineare Tetraeder sind zu steif und zeigen die Spitze 9 % niedriger. Ein größerer Radius senkt sie um 48 % (Verformung überhöht).

cfd · windkanallive berechnet

form
ansicht
10,0 m/s · 36 km/h
1,225 kg/m³ · 0 m ü. NN

Körper mit der Maus verschieben – oder anklicken und Pfeiltasten nutzen.Körper mit dem Finger verschieben.

widerstandFD– mN/m

cD = – · mittel – mN/m · letzte 10 s

auftriebFL– mN/m

cL = – · mittel – mN/m · letzte 10 s

Zylinder Ø 0,1 mm · Kräfte je Meter Spannweite · Re = 68 · 2D

CFD · WindkanalDie Strömung rechnet live in Ihrem Browser (Lattice-Boltzmann auf einem Rechteckgitter, 2D), maßstäblich für einen Zylinder mit 0,1 mm Durchmesser – etwa so dick wie ein Haar. Verschieben Sie den Körper, wechseln Sie Form und Ansicht, stellen Sie Wind, Luftdichte (mit Höhe nach Normatmosphäre) und beim Flügel den Anstellwinkel ein: Widerstand und Auftrieb folgen sofort, in Millinewton je Meter Spannweite. Ob sich Wirbel ablösen, entscheidet die Reynoldszahl Re = ρ·v·d/μ. Bleibt alles ruhig, erscheint nach 8 s das typische CFD-Netz: Polyeder mit 12 feinen Randschichten (Wachstumsfaktor 1,2).

Leistungsumfang

Strukturanalyse (FEM)

Spannungen, Verformungen und Sicherheitsfaktoren hochbelasteter Strukturen. Bauteile werden gezielt dimensioniert, die Betriebsfestigkeit wird geprüft, bevor gefertigt wird.

Eigenfrequenzen & Schwingungen

Modalanalyse von Bauteilen und Baugruppen. Frequenzbereiche werden durch Geometrieanpassung so verschoben, dass nichts im Einsatz vibriert und ermüdet.

Strömungssimulation (CFD)

Luft- und Fluidströmungen in Gehäusen, Geräten und Anlagen: Wirbel, Totzonen und Engstellen werden sichtbar – und die Strömungsführung wird verbessert, bevor ein Prototyp gebaut wird.

Wärme & Kühlung

Kombinierte Simulation von Wärmeströmen und Luftströmungen zeigt, welche Temperaturen sich im Betrieb einstellen – und ob die Kühlung ausreicht.

Dynamik & Crash

Zeitabhängige Vorgänge, Stoß und Crash mit LS-Dyna – wenn statische Betrachtungen nicht ausreichen.

Berechnung & Auslegung

Analytische Auslegung und Nachweise mit MathCAD – nachvollziehbar dokumentiert, als Ergänzung oder Gegenprobe zur Simulation.

So gehen wir vor

  1. Fragestellung & LastenWas soll die Simulation beantworten? Lastfälle und Randbedingungen werden aus der Konstruktion abgeleitet.
  2. Modell & VernetzungDas 3D-Modell wird für die Berechnung aufbereitet: sinnvoll vereinfacht, vernetzt, mit Material und Randbedingungen belegt.
  3. BerechnungFEM mit Nastran, CFD mit Ansys Fluent, Dynamik und Crash mit LS-Dyna.
  4. AuswertungSpannungen, Verformungen, Temperaturen, Strömungsbilder – bewertet gegen Ihre Anforderungen und Sicherheitsfaktoren.
  5. Rückfluss in die KonstruktionÄnderungen werden direkt im Modell umgesetzt und bei Bedarf erneut gerechnet – bis zur Freigabe.

Werkzeuge

Für jede Aufgabe das passende Programm – die Modelle kommen direkt aus der Konstruktion.

  • Nastran FEM
  • Ansys Fluent CFD
  • LS-Dyna Dynamik & Crash
  • MathCAD Berechnung
  • Inventor 3D-Modelle

Das bekommen Sie

  • Bericht mit Lastannahmen, Randbedingungen, Ergebnissen und Bewertung
  • Spannungs-, Verformungs- und Temperaturbilder – auf Wunsch als Animation
  • Sicherheitsfaktoren und eine klare Freigabeempfehlung
  • Konstruktive Änderungsvorschläge – auf Wunsch direkt im Modell umgesetzt

Beispiele aus unseren Projekten

Strömungsfeld – Simulation der LuftströmungStrömungsfeldStrömung sichtbar gemacht · CFDStrukturanalyse – Belastung einer Struktur, Farbskala zeigt die BeanspruchungBelastung sichtbar gemachtStrukturanalyse · FEM

Häufige Fragen

Brauchen wir ein 3D-Modell?

Nicht zwingend. Wenn Sie ein Modell haben, nutzen wir es – als native Datei oder als STEP. Sonst bauen wir es aus Ihren Zeichnungen oder Skizzen auf.

Was ist der Unterschied zwischen FEM und CFD?

FEM (Finite-Elemente-Methode) berechnet die Struktur: Spannungen, Verformungen, Eigenfrequenzen. CFD (Computational Fluid Dynamics) berechnet Strömungen von Luft oder Flüssigkeiten und den Wärmetransport. Oft gehört beides zusammen – etwa wenn ein Gehäuse gekühlt werden muss und gleichzeitig steif sein soll.

Können wir nur die Simulation beauftragen?

Ja. Die Simulation ist als eigenständige Leistung zu Ihrer Konstruktion möglich – oder als Teil einer Konstruktion bei uns.

Weitere Fachkompetenzen

Aus Pforzheim für Kunden in ganz Deutschland – mit Vor-Ort-Terminen sowie Aufbau- und Montagebegleitung. Mehr zur Region