Homepage / Specialiteiten / Ontwerpsimulaties en Analyses / FEM analyse

FEM analyse

Een FEM analyse (Finite Element Method) is een methode om complexe sterkteberekeningen uit te voeren in de ontwerpfase van een nieuw innovatief product, apparaat of machine. De ingenieurs van High Tech Alliance zijn zeer bedreven in het uitvoeren van FEM analyses. Tijdens deze ontwerpfase van nieuwe systemen en producten moeten zij continu keuzes maken, waarbij de analyse hen hierin kan ondersteunen. Zo moeten zij steeds alert zijn op zaken als:

Welk materiaal het meest geschikt voor is voor een specifiek onderdeel of toepassing hiervan.
Of het onderdeel of de gemaakte constructie sterk genoeg is om de lasten te dragen en in staat is de wisselende belasting te doorstaan.
Controleren of het ontwerp nog voldoet aan de noodzakelijke sterkte eisen.

Hoe werkt een FEM analyse?

Bij High Tech Alliance wordt een FEM analyse uitgevoerd, wanneer een analytische berekening van een machineonderdeel vanwege een hoge complexiteit niet mogelijk is. Door het kiezen van goede randvoorwaarden en belastingen, zijn onze ingenieurs in staat de werkelijkheid te simuleren, ongeacht de situatie of de complexiteit van het mechanisme of product.

Een FEM analyse wordt dus toegepast bij het doorrekenen van complexe technische mechanismen, onderdelen of samenstellingen met behulp van krachtige moderne computers. Van FEM analysis wordt veelvuldig gebruik gemaakt in industrieën als: lucht- en ruimtevaart, chemische fabrieken, automobielindustrie, scheepsbouw, farmaceutische bedrijven, civiele industrie en machinebouw bedrijven. Ook overheidsinstanties maken bij uitgebreide studies gebruik van een FEM analyse.

Met behulp van FEM analyse software maken onze gespecialiseerde ingenieurs nauwkeurige voorspellingen van de realiteit. Deze voorspellingen gaan over het gedrag van productonderdelen en machine samenstellingen. Ze worden beoordeeld op vervorming, sterkte, stijfheid en vermoeiing. Het mechanische gedrag van producten, constructies en machineonderdelen kunnen worden geanalyseerd en geoptimaliseerd. Dit is zeker in de ontwerpfase van het ontwikkeltraject een eenvoudiger en goedkoper alternatief in vergelijking tot het maken van een prototype of testopstelling. Daarnaast draagt het bij aan de betrouwbaarheid van het product.

Met FEM Analysis Software kunnen gedetailleerde visualisaties gemaakt worden, zodat zichtbaar wordt waar structuren en vormen van producten gaan buigen of draaien. Ook wordt duidelijk hoe de verdeling van (kritische) spanningen en verplaatsingen verlopen, zodat de productonderdelen al in een vroeg stadium van de ontwikkeling kunnen worden geoptimaliseerd voor een lange levensduur en optimaal functioneren. De hoogopgeleide engineers van High Tech Alliance beschikken over de expertise om door middel van een FEM analyse het gedrag van machineonderdelen, constructies en samenstellingen virtueel te testen en te voorspellen. Hierbij worden complexe technische systemen welke worden blootgesteld aan statische of dynamische belastingen, doorgerekend.

Voordelen van een FEM analyse

Het voordeel van een FEM analyse is dat we relatief eenvoudig sterkteberekeningen kunnen uitvoeren die doorgaans zeer uitdagend kunnen zijn vanwege de complexe belastingen, geometrieën of materiaaleigenschappen. Daarnaast krijgen de ingenieurs van High Tech Alliance hierdoor snel de resultaten van hun gemaakte keuzes, zien zij direct hoe de vele variabelen in het ontwerp het totaalresultaat beïnvloeden en besparen ze kosten door een aanzienlijk kortere ontwerptijd. Andere voordelen zijn:

Kortere Time to Market, door het minimaliseren van fysieke testopstellingen of modellen, minder prototyping.
Het maken van sterkteberekening en inzicht krijgen in het mechanisch gedrag van complexe ontwerpen, systemen, machineonderdelen en producten.
Het in een vroeg stadium van de ontwerpfase, snel kunnen schakelen naar het meest optimale ontwerp.
Het optimaliseren van het ontwerp om de productie-en assemblage kosten te verlagen.
Het optimaliseren van het ontwerp voor een lange levensduur en verlagen van de operationele kosten.
Het in vroeg stadium in kaart brengen van de eventuele storingsbronnen en het beperken van de technische risico’s met mogelijk grote financiële gevolgen.
Het voorspellen van het gedrag van het product of machineonderdeel op de lange termijn, zoals vermoeiing en kruip van de toegepaste materialen.
Het concept snel kunnen toetsen aan bestaande normen, richtlijnen en regelgeving.
Kortom: sneller, beter, goedkoper en betrouwbaarder met het product naar de markt of inbedrijfstelling van de nieuwe machine/equipment.

Een nadeel van een FEM analyse is dat het zorgvuldig moet worden uitgevoerd. Er kunnen snel fouten insluipen door bijvoorbeeld verkeerde materiaalkeuzes of andere belangrijk randvoorwaarden. Het vereist veel deskundigheid, ervaring en kan zeker niet door iedereen worden uitgevoerd. De ingenieurs van High Tech Alliance zijn zeer ervaren met deze methode waardoor fouten tot een minimum worden beperkt.

Verschillende type FEM analyses

Bij FEM analyses maken we onderscheid tussen een Statische en Dynamische FEM analyse. Daarnaast hebben we nog te maken met de Eigenfrequentie FEM analyse. Hieronder lichten we de verschillende vormen kort toe.

Statische FEM analyse

Een statische FEM analyse wordt toegepast op stationaire onderdelen. Hierbij gaat het om onderdelen welke niet bewegen. Voorbeelden hiervan zijn machineframes, bruggen en staalconstructies. Binnen de Statische FEM analyse hebben te maken met twee varianten: lineaire en niet-lineaire statische FEM analyse.

Toepassingen van een Statische FEM Analyse

Lucht- en ruimtevaarttechniek: Stressanalyse van vleugels, staartstukken vliegtuigframes, raketten en onderdelen andere ruimtevaartuigen.
Automotive engineering: Stressanalyse van stuurstangen, wielophanging, krukas, drijfstangen, cilinderblok, carrosserie.
Biomedical engineering: Statische FEM analyse van botten, heupprothesen, tand- en mondprothesen en overige kunstprothesen.
Civiele techniek: FEM Analyse van waterdammen, waterturbines, windmolens, keerwanden en overige grondwerken.
Waterbouwkunde: FEM Analyse van waterdammen, waterturbines, stuwdammen, keerwanden en overige waterbouwkundige constructies.
Werktuigbouwkunde: Spanningsanalyses van componenten; FEM analyses van assen, tandwielen en drukvaten, scheurvorming van machinedelen, vermoeiingsverschijnselen.
Nucleaire engineering: Statische analyse aan reactorvaten en overige nucleaire constructies
Constructietechniek: Statische analyse van hoogspanningsmasten, liggers en bruggen, constructie van gebouwen, windmolens en overige constructies.

De Lineaire statische FEM analyse

Binnen de FEM analyses is de lineaire elastische analyse de meest voorkomende. Bij deze berekening bestaat er een lineair verband tussen de krachten en verplaatsingen. Dit speelt bij situaties waarbij de spanningen binnen het lineaire elastische bereik van het toegepaste materiaal blijven. Bij een lineaire statische berekening is de stijfheid van het model constant en het rekenproces relatief kort in vergelijking met een niet-lineaire berekening. Om deze reden wordt voor een eerste inschatting vaak de lineaire statische analyse gebruikt, voordat wordt overgegaan naar een volledige niet-lineaire analyse.

statische-fem-analyse-high-tech-alliance

De Niet-Lineaire statische FEM analyse

Een niet-lineaire analyse, de naam zegt het al, is een berekening waarbij geen lineair verband bestaat tussen de krachten en verplaatsingen. Niet-lineaire effecten treden op bij geometrische niet-lineariteit, wanneer grote materiaal vervormingen en plastische vervormingen van het materiaal plaatsvinden. Deze genoemde effecten resulteren in een stijfheid die niet constant is onder de gekozen belastingsituatie. In tegenstelling tot de lineaire statische FEM analyse, waar de stijfheid constant blijft. Dit heeft tot gevolg dat voor de niet-lineaire FEM analyse een andere oplossingsmethode vereist is.

De moderne en krachtige analysesoftware van High Tech Alliance maakt het mogelijk berekeningen voor niet-lineaire vraagstukken uit te voeren. Wel is kennis, ervaring en vaardigheid vereist van de engineer om de geldigheid ervan te bepalen. Daarnaast is extra aandacht vereist voor het toezien
dat de juiste model- en oplossingsparameters worden toegepast. Kennis en inzicht van de ingenieur in de problematiek is essentieel, de toegepaste parameters en een logische aanpak spelen een belangrijke rol en dragen bij aan een succesvolle analyse.

De Dynamische FEM analyse

Met een dynamische FEM analyse kunnen we het gedrag analyseren van een machineonderdeel, constructie of mechanisme dat onderhevig is aan belastingen en verplaatsingen gedurende een bepaalde tijd. Anders dan bij een statische FEM analyse wordt hier rekening gehouden met massa-traagheidseffecten.

Een dynamische FEM analyse geeft tevens de mogelijkheid om de structurele degradatie van een constructie of mechanisch systeem te berekenen ten gevolge van stotende belastingen. Ook met behulp van een dynamische FEM analyse, kunnen de engineers van High Tech Alliance, zoals bij een statische FEM analyse, onderdelen, constructies en systemen controleren op ongewenste vervormingen of kritische spanningen in materialen als staal, RVS, titanium en aluminium legeringen. Zo kunnen we het ontwerp op basis van de verkregen resultaten verder optimaliseren.

Toepassingen van een Dynamische analyse

Lucht- en ruimtevaarttechniek: Dynamische FEM analyse van vleugels, staartstukken vliegtuigframes, raketten en onderdelen andere ruimtevaart componenten.
Automotive engineering: Dynamische FEM analyse van motorzuigers, krukas, drijfstangen, remsysteem, botsproeven en chassis.
Biomedical engineering: Dynamische FEM analyse van botten, prothesen, schedel impactanalyse en overige ledematen.
Civiele techniek: Dynamische FEM analyse van rotspartijen en steen groeves, mijnbouwcomplexen en overige grondwerken.
Waterbouwkunde: Dynamische FEM Analyse van waterkrachtcentrales getijdencentrales, waterturbines, en overige waterbouwkundige constructies.
Werktuigbouwkunde: Dynamische FEM Analyse van componenten als assen, tandwielen, scheurontwikkeling in machinedelen, aandrijfsystemen .
Nucleaire engineering: Dynamische FEM Analyse aan reactorcomponenten en overige nucleaire constructies.
Constructietechniek: Dynamische FEM Analyse van windmolens schok-en bevingsanalyses en overige constructies.

De Eigenfrequentie FEM analyse

Een FEM Modal Analysis ofwel de Eigenfrequentie FEM analyse, kan inzicht geven bij het bepalen van de eigenfrequenties van een mechanisch systeem of constructie. Deze eigenfrequenties kunnen ontstaan als gevolg van trillingen welke bijvoorbeeld veroorzaakt worden door een aandrijving. Om mechanische systemen of constructies, welke onderhevig zijn aan dynamische belastingen te kunnen begrijpen en verder te optimaliseren voor een langere levensduur en betere operationele prestaties, zijn deze uitkomsten essentiële parameters.

Een Eigenfrequentie FEM analyse kan de piekbelasting van een constructie of mechanisch systeem onder een bepaalde belasting en frequentiebereik in beeld brengen. Het doel van een Eigenfrequentie FEM analyse is om gedurende de vrije vibratie, de natuurlijke frequenties van het betreffende systeem of constructie te bepalen met de daarbij bijbehorende vervormingen van de machineonderdelen.

Toepassingen van een Eigenfrequentie analyse

Lucht- en ruimtevaarttechniek: Frequentieanalyse van motoronderdelen, rotorbladen van windmolen en helikopters, onderdelen en componenten van een aandrijfsysteem, akoestische analyse van teststudio’s, passagierscompartiment van vliegtuigen
Automotive engineering: Frequentieanalyse van onderdelen en componenten van een aandrijflijn, akoestische analyse van passagierscompartiment van auto, motorzuigers, krukas, carrosserie enzovoorts.
Biomedical engineering: Analyse van botten, prothesen en overige lichaamsdelen
Elektrotechniek: Natuurlijke frequentie van besturingsmodules, als printplaten en overige elektronicacomponenten
Werktuigbouwkunde: Natuurlijke frequentie van componenten als, assen, tandwielen, aandrijfsystemen, knikbelastingen enzovoorts.
Constructietechniek: Natuurlijke frequentie van rotorbladen van windmolens en turbines, trilling analyse van schoorsteenkanalen en overige constructies.

Laat ons u verder helpen met onze FEM analyses

Heeft u het idee dat onze FEM analyse een oplossing kan zijn voor uw probleemstelling? Neem dan vrijblijvend contact met ons op via onderstaand contactformulier of bel ons op 085-9020277. Wij helpen u graag om een geschikte oplossing te vinden voor uw probleemstelling.