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SIMULATIONSPLATTFORM FÜR STRUKTURANALYSE

Viele Unternehmen der Fertigungsindustrie stehen heutzutage vor der Herausforderung komplexe Bauteile zu produzieren, an die hohe Sicherheitsanforderungen für die Bauteilqualität Lebensdauer gestellt werden. Hierbei ist es in der Produktauslegung sehr entscheidend den Spannungs-Dehnungszustand des belasteten Bauteils genau vorherzusagen, die möglichen Versagensfälle zu modellieren und auch die Ermüdungsrissinitiierung und -ausbreitung zu simulieren.

HERAUSFORDERUNGEN

Was sind Ihre aktuellen Probleme bei der Bauteilauslegung? Wie kann Ihnen unsere Simulationlösung helfen?

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VERBESSERUNG DER STRUKTURMECHANIK

In diesem Gebiet kann die Simulation helfen, die verschiedensten Herausforderungen in der Auslegung der Strukturmechanik zu verbessern. Auch können Design-Varianten der Bauteile in Bezug auf die Optimierung des Gewichts-Leistungs-Verhältnis verglichen werden und natürlich auch die Minimierung des Materialeinsatzes und  somit Vermeidung von Abfall.
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PRÄZISE VORHERSAGE DER RISSAUSBREITUNG

Ziel ist es, die Rissflächenbereiche und entsprechenden Rissfronten zu visualisieren. Risswachstumsprofile in Verbindung mit Ermüdungszyklen zu simulieren und Energiefreisetzungskennwerte oder Spannungsintensitätsfaktoren entlang der festgelegten Rissfront zu ermitteln.
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STATE-OF-ART TOOLS FÜR DIE MATERIALMODELLIERUNG

Z-set ermöglicht auch die Simulation innovativer Materialien und ersetzt kostenspielige  Komponententests wodurch Entwicklungskosten und Zeit reduziert wird. Gleichzeitig wird auch ein effizientes Auswählen des bestgeeigneten Designs ermöglicht.
  1. LÖSUNG VON NICHTLINEAREN STRUKTURMECHANISCHEN PROBLEMEN
  2. GENAUE VORHERSAGE DER RISSAUSBREITUNG UND VORGANGSKINETIK
  3. ABSCHÄTZUNG DER LEBENSDAUER DES BAUTEILS

LÖSUNG VON NICHTLINEAREN STRUKTURMECHANISCHEN PROBLEMEN

Der Finite-Elemente-Solver Zébulon ist für eine Vielzahl von Problemstellungen in der Strukturmechanik geeignet. Zébulon bewältigt effizient implizite statische und transiente dynamische Beanspruchungen und fungiert gleichzeitig als Solver für Modalanalysen.
Nichtlinearitäten, die sich aus Materialmodellen ergeben, finite Transformationen oder Kontaktreibung werden durch eine umfassende Auswahl an nichtlinearen Solvern effektiv numerisch umgesetzt. Der Solver bietet eine komfortable Bedienung der physikalischen und numerischen Konvergenzparameter.
Um komplexere Multiphysic-Modelle zu bearbeiten, verfügt Zébulon auch über Schnittstellen mit externer Software von Drittanbietern wie beispielsweise für die Fluidströmungsanalyse.

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Simulation in der Fügungstechnik

GENAUE VORHERSAGE DER RISSAUSBREITUNG UND VORGANGSKINETIK

 

Simulation der Rissausbreitung

Die Verwendung des Z-cracks-Tools erlaubt eine effiziente 3D-Rissanalyse, die sowohl die Berechnung des statischen Riss-Spannungsintensitätsfaktors (SIF) als auch gemischtmodale Propagationssimulation ermöglicht. Z-cracks trägt somit erheblich zur Reduzierung des Entwicklungs- und Analyseaufwands bei wenn es darum geht verschiedeneste Szenarien für die Rissinitiierung zu simulieren.

Kernmerkmale und Funktionalitäten der Z-cracks-GUI für die Bruchsimulation:
  • Visualisierung und Analyse der Rissflächenbereiche und zugehörigen Rissfronten.
  • Visualisierung des anfänglich gerissenen remeshed Bereichs und zugehöriger Rissfronten.
  • Überprüfung von Risswachstumsprofilen in Bezug auf die Anzahl der Ermüdungszyklen.
  • Plotten von Energiefreisetzungskennwerten oder Spannungsintensitätsfaktoren entlang festgelegter Rissfronten.
  • Anzeige eines 3D-Kurvenplots der festgelegten Rissfront während der Rissausbreitungssimulation.
 

ABSCHÄTZUNG DER LEBENSDAUER DES BAUTEILS

Durch die Verwendung der 3D-Finite-Elemente-Modellierung können realistische konstitutive Gleichungen die Spannungs- und Dehnungsverteilung ermitteln. Diese Gleichungen, maßgeschneidert für experimentelle Versuche, können zyklische Viskoplastizität, Verfestigung, Kriechen, Alterung und andere mechanische Einflüsse numerisch behandeln. Anschließend dienen Schädigungsmodelle, die die Wechselwirkung von Kriechen und Ermüdung berücksichtigen, als Postprozessoren in der Finite-Elemente-Analyse, um potenzielle Anfangsfehlerstellen zu lokalisieren und die Lebensdauer des Bauteils abzuschätzen.
Um die Vorhersage von Lebensdauersimulationen zu verbessern, ist es daher notwendig, diese Alterungsphänomene im konstitutiven Modell des Materialverhaltens zu berücksichtigen. Andererseits müssen umfangreiche experimentelle Verfahren, einschließlich Härteprüfungen für verschiedene Alterungszeiten, Ermüdungstests mit niedriger Zyklenzahl (LCF) und thermomechanische Ermüdung (TMF) -Tests vorgeschlagen und verwendet werden, um diese Materialmodelle zu kalibrieren. Z-mat schlägt eine Sammlung von Modellen und Werkzeugen für die Vorhersage der Alterungsentwicklung und die Simulation ihrer Auswirkungen auf das mechanische Verhalten des Materials vor.

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Fortgeschrittene Post-Processing-Werkzeuge

 

ZIELGERICHTETE LÖSUNGEN

ZIELSEKTOREN IN DER INDUSTRIE

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Z-SET FÜR DIE LUFT-UND RAUMFAHRTINDUSTRIE

Z-set ist ein Schlüssel in der Luft- und Raumfahrtindustrie, um die Qualität von kritischen Teilen wie Motor- oder Getriebekomponenten abzusichern. Bauteile die hohen zyklisch thermischen oder mechanischen Belastungen unterliegen und gegen Ermüdung, Kriechen und Rissausbreitung bestens ausgelegt sein müssen.

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Z-SET FÜR DIE AUTOMOBILINDUSTRIE

Z-set wird von führenden Fahrzeugerstellern weltweit genutzt, um die Lebensdauer von Motorkomponenten zu verbessern. Hierin ist die Vorhersage z.B. von Restspannungen im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors möglich oder auch die Integration von Alterungsphänomenen im konstitutive Modell von Aluminium-Zylinderköpfen vom Motor.

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Z-SET FÜR DIE SCHWERINDUSTRIE

Die Modellierung von Bauteilen aus Grauguss ist eine besonders anspruchsvolle Aufgabe, insbesondere wenn sie nicht-isothermen thermomechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Die Z-mat-Bibliothek bietet eine Reihe von Modellen, die elastoplastische Verformungen und zeitabhängige Kriechprozesse berücksichtigen.

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HERAUSFORDERUNG

Simulation und Analyse der Ermüdungsrissausbreitung in Hochleistungs-Hubschraubergetriebebauteilen, die komplexen thermochemischen Belastungen unterliegen und wobei auch sehr hohe Drehgeschwindigkeiten berücksichtigt werden müssen.

LÖSUNG

Einsatz der Z-cracks-Modulsimulation über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Dies ermöglicht eine Rissinitiierung vorherzusagen und gezielt die Bauteilsicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Ebenso können damit sicherheitswichtige Inspektionsintervalle der Komponenten definiert werden.

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KUNDEN-TESTIMONIAL

Pierre   DEPOUHON, ETITA - EXPERT DRIVE SYSTEM ADVANCED SIMULATION, FRANKREICH

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