Strukturanalysen

MSC Software bietet leistungsstarke Werkzeuge für die Finite Elemente Analyse (FEA) zur Lösung strukturmechanischer Aufgabenstellungen
Horizontal spacer

Strukturanalysen gehören zu den wichtigsten und am häufigsten genutzten numerischen Rechenverfahren.

Fast 50 Jahre sind vergangen, seitdem MSC Nastran, das weltweit erste Programm zur Strukturanalyse, entwickelt wurde. In den Anfangsjahren kamen computergestützte Bauteilberechnungen hauptsächlich bei Projekten mit hohen Sicherheitsanforderungen zum Einsatz, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt oder im Anlagenbau bei der Konstruktion von Kernkraftwerken. Später wurden die Analysen vor allem zur Konstruktionsoptimierung herangezogen, insbesondere im Automobilbau. Heute beschränkt sich der Einsatz von FEA nicht mehr nur auf die klassische Konstruktion von Baugruppen oder das Validieren von Sicherheitsanforderungen. Strukturanalysen werden in nahezu allen Bereichen des Ingenieurwesens durchgeführt.

MSC Software bietet leistungsstarke Werkzeuge für FEA zur Lösung der vielfältigsten statischen und dynamischen Probleme in der Strukturmechanik. Das gilt nicht nur für einzelne Komponenten, sondern auch für große Baugruppen und komplexe Systeme. Mit den Lösungen von MSC können mögliche Schwachstellen bereits frühzeitig in der Konstruktionsphase erkannt und eliminiert werden. Das führt zu kürzeren Entwicklungszeiten und sinkenden Kosten, da die Anzahl der erforderlichen Prototypen gesenkt werden kann.

Zu den Stärken von MSC Software im Bereich Strukturberechnung gehören:

Advanced modeling for material damage and failure


Detailed composite layups for impact simulation
 

MSC Software bietet ein breites Spektrum an FEA-Softwarepaketen. Berechnungsingenieure und Konstrukteure können sämtliche Schritte vom CAD bis zum CAE mit der Software durchführen.

Zu den wichtigsten Funktionen gehören:

  • Unabhängige oder in CAD-Systeme eingebettete Modellierungs- und Analyseumgebungen
  • Import von CAD-Formaten und Zugriff auf native CAD-Daten
  • Geometrieerstellung und Bearbeitung
  • Extraktion von Mittelflächen und Geometriebereinigung
  • Fortschrittliche Werkzeuge zur Erstellung von Netzen (Volumen, Schalen, etc.) für lineare und hochwertige HEX-, TET-, QUAD-, TRIA- und BEAM-Elemente
  • 3D-Kontaktanalyse
  • Materialmodellierung einschließlich Composites
  • Umfassende Werkzeuge zum Erstellen und Aufbringen von Lasten und Randbedingungen
  • Aufsetzen und Abschicken von Rechenjobs
  • Animierbare Darstellungen und Diagramme für Verschiebungen, Spannungen, Dehnungen und Versagen mit Skalar- und Vektorgrößen
  • Erstellung von Makros und Vorlagen für automatisierte Simulationsprozesse und Berichterstellung
Stress in a hospital bed frame


Tapered rolling simulation

Stress in a lower control arm
 

MSC Software bietet industriell bewährte, leistungsstarke Verfahren und Methoden für die genaue und effiziente Modellierung und Simulation komplexer strukturmechanischer Systeme und großer Baugruppen. Dazu zählen:

  • Verfahren für die Modellierung von geschweißten, geklebten oder genieteten Baugruppen und Gelenkverbindungen
  • Automated Component Mode Synthesis (ACMS) für eine schnelle und parallele modale Analyse sehr großer Modelle
  • Externe Superelemente für den Assemblierungsprozess, um die Rechenzeit zu verkürzen
  • Berücksichtigung komplexer Interaktionen von Baugruppen mit Hilfe der 3D-Kontaktsimulation

Basierend auf jahrzehntelanger Erfahrung hat MSC leistungsstarke Solver mit effizienten Lösungsmethoden entwickelt und implementiert. Diese Solver nutzen die neuesten Hochleistungscomputer mit parallel genutztem oder auf verschiedene Rechner verteiltem Arbeitsspeicher (Shared/Distributed Memory), um Probleme komplexer strukturmechanischer Systeme zu lösen.

900M DOF body-in-white model


Vehicle system assembly for interior acoustics
 

Mit Strukturanalysen werden Verschiebungen, Schnittkräfte, Dehnungen und Spannungen in Bauteilen untersucht. Aber Bauteile, die selbst im ungünstigsten Fall nicht versagen, erweisen sich unter Umständen in der realen Welt als unrentabel oder nur eingeschränkt nutzbar. Möglicherweise sind die Teile aufgrund von Sicherheits- und Festigkeitsanforderungen überkonstruiert, zu schwer für den Verwendungszweck oder zu teuer in der Herstellung. Daher spielt die Optimierung eine bedeutende Rolle in der computergestützten Produktentwicklung.

Die Optimierung hat immer zum Ziel, das beste und erfolgversprechendste Design unter Berücksichtigung der jeweiligen Randbedingungen zu finden. Dieses Design vereint idealerweise mehrere Zielvorgaben wie minimales Gewicht, Spannung, Kosten, Durchbiegung, Eigenfrequenzen oder Temperatur. MSC Software bietet Optimierungswerkzeuge, um diese anspruchsvollen Zielvorgaben einzuhalten. Anwender können die Vorteile einer ganzen Reihe von Optimierungsfunktionen nutzen, einschließlich Form-, Größen- und Topologieoptimierung.

Automated reporting


Structural finite element mesh
 

Die Ermittlung der richtigen Lasten und Randbedingungen für eine Strukturanalyse ist sehr anspruchsvoll. Die Qualität der Simulationsergebnisse hängt unmittelbar von der Qualität der Eingaben ab. Wenn sich realistische Lasten und Randbedingungen nicht ohne weiteres bestimmen lassen, ist es meist sinnvoll, diese Informationen über weitere Berechnungen zu generieren. Hier können multidisziplinäre gekoppelte oder verkettete Simulationen die Wiederverwendung von Analysedaten vereinfachen und zugleich die Simulationsgenauigkeit verbessern. Dadurch wiederum erhöhen sich Qualität und Verlässlichkeit der Berechnung.

Beispiele:

Integration von Mehrkörperdynamik und Struktur
  • Verbesserung der Qualität durch genauere Lastdaten, die mittels einer Mehrkörperdynamiksimulation ermittelt werden – beispielsweise auf die Struktur wirkende Lasten von Flugzeugfahrwerken oder Waschmaschinenaufhängungen
  • Effizientere Spannungsprognosen durch Verwendung flexibler Körper in einer Mehrkörperdynamiksimulation – beispielsweise Lebensdauer von Fahrzeugrahmenstrukturen oder des Lese-/Schreibkopfs von Computerfestplatten
Gekoppelte Thermal- und Strukturanalyse
  • Genauere Spannungsergebnisse durch thermomechanische Analysen, bei der sowohl Temperatur- als auch Strukturlasten gleichzeitig berücksichtigt werden - beispielsweise reibungsabhängige Druckbelastung von Bremsscheibe und Bremsbacke
Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)
  • Die Kopplung von Fluiden und Struktur unter Berücksichtigung der Strukturdeformation ermöglicht genauere Simulationen – beispielsweise bei Aquaplaning von Reifen, Entfaltung von Airbags, Blutfluss über ein künstliches Ventil und Schalldruckpegel am Fahrerohr
Verkettete strukturelle Simulationen
  • Genauere Analysen durch hintereinander geschaltete Simulationen - beispielsweise durch Vorlast oder Vorspannung vor der eigentlichen Berechnung wie Rotorblattverlust bei Flugzeugtriebwerken oder modale Analyse von Motoren
Topology optimization


Stochastics
 

MSC Software bietet eine breite Palette von Materialmodellen für die unterschiedlichsten Anforderungen sowie umfassende Lösungen für die Analyse und Optimierung von Composites. Die von MSC angebotenen Werkzeuge sind ideal für die verschiedensten Arten von Verbundwerkstoffen wie Sandwichplatten, Polymere, Nano-Verbundwerkstoffe oder Hartmetalle.

Die leistungsstarken Funktionen zur Werkstoffmodellierung beinhalten:

  • Modelle für unterschiedliche Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Gummi, Schaumstoffe, Faserverbundwerkstoffe, Fluide, Böden, Stahlbeton, Fels, etc.
  • Modelle für Verbundwerkstofflaminate mit Definitionen für jede Schicht und Stapelung
  • Multidisziplinäre Simulation über kombinierte thermomechanische Materialmodelle
  • Materialversagen und Plastifizierung
  • Materialeigenschaften abhängig von Temperatur und Dehnungsrate
  • Delamination und Risswachstum
  • Kriechen
Integrated motion–structure simulation for vibration analysis


Integrated motion–structure simulation for durability analysis

Aircraft ditch in water with airbags
 

MSC Software entwickelt Werkzeuge mit einer großen Funktionsvielfalt, um die verschiedensten Analysen zu ermöglichen. Zu den wichtigsten Analysearten gehören:

  • Lineare und nichtlineare Analyse
  • Statische und dynamische Analyse
  • Beulanalysen
  • Frequenzgang-, Modal- und akustische Analysen
  • Multiphysikalische und multidisziplinäre Analysen
  • Crashsimulationen und Stoßanalysen
  • Schädigungs-, Versagens- und Verschleißanalyse

MSC ist für einige der modernsten und zuverlässigsten Programme zur Strukturanalyse in der Branche bekannt, allen voran MSC Nastran. Im Gegensatz zu vielen Mitbewerbern hat MSC schon früh erkannt, dass Anwender nicht nur Pro¬gramme wollen, sondern Lösungen, die alle Aspekte des Simulationsprozesses abdecken. Daher hat MSC zum einen unternehmensübergreifende und prozessorientierte Lösun¬gen wie SimDesigner oder SimXpert entwickelt. Zum anderen erweitert MSC sein Portfolio, zum Beispiel durch die Übernahmen von Free Field Technologies (FFT) und e-Xstream Engineering. Das Tool Actran von FFT berechnet akustische Phänomene und analysiert Akustik- und Vibrationsverhalten einschließlich der Abstrahlung, Absorption, Reflexion, Beugung, Streuung und Übertragung von Schall. e-Xstream hat sich als Spezialist für Mikromechanik und Multiskalensimulation unter anderem bei der Berechnung von faserverstärkten Composite-Bauteilen einen Namen gemacht. Mit der Software Digimat kann das nichtlineare Verhalten dieser Werkstoffe modelliert und simuliert werden, was wichtig für das Verständnis der Stabilität des Endprodukts ist.

Repeatable process for bottle top load simulation


Simulation portal for managing and tracking simulation processes, history and content
 

Viele Ingenieure und Manager möchten mit CAE nicht nur das Strukturverhalten berechnen können, sondern auch einen wiederholbaren Simulationsprozess sicherstellen, um möglichst verlässliche Ergebnisse zu erhalten und den Entwicklungsprozess verbessern zu können. Darüber hinaus soll der Prozess schnell wiederholbar sein, um Entwurfsstudien zu erleichtern und die Entwicklungszeit zu verkürzen.

Die Folge eines höheren Simulationsdurchsatzes ist die Erzeugung von mehr Daten, die erfasst und verwaltet werden müssen. MSC Software bietet mit SimManager eine Lösung, mit der Anwender CAE-Prozesse und Inhalte erstellen, erfassen und verwalten können. Die webbasierten Funktionen von SimManager garantieren die Wiederholbarkeit von Simulationsprozessen durch eine konsistente Verwaltung aller Daten und Modelle und erhöhen die Produktivität indem Prozesse automatisiert und manuelle Funktionen verringert werden. Zudem ermöglicht SimManager vergleichende Beobachtungen, da mehrere Berechnungsdisziplinen in ein System integriert werden können.


MSC Software wird für viele Arten der Strukturberechnung eingesetzt:

  • Static stress analysis
  • Linear dynamics
  • Nonlinear analysis
  • Multibody dynamics
  • Multiphysics, fluid-structure interaction, thermal-mechanical coupling
  • Multidiscipline
  • Optimization
 
  • Static and dynamic analysis
  • Thermal analysis
  • Advanced material modeling
  • Composite material analysis
  • Superelements
  • DMP, SMP, GPU
  • FEA and MBD Integration
Industrielle Anwendungen:
  • Luft- & Raumfahrt / Verteidigung: Spannungen und Schwingungen am Flugwerk, Fahrwerk und Bremssystem, Strukturanalyse von Flugzeugen, Entwicklung von Teilsystemen und Bauteilen für Flugzeuge, Berechnung von Composites
  • Fahrzeugtechnik: Stabilität, Festigkeit, NVH für Fahrzeugsysteme, Rohkarosserien, Chassis, Antriebsstrang, Türen, Systeme und Bauteile für Heizung, Lüftung und Klimaanlage, Innenausstattung; Airbag-Entfaltung, Zusammenstoß von Fahrzeugen, Eingedrücktes Dach; Sound Engineering, Innen- und Außenakustik
  • Konsumgüter / Verpackungen: Power Tool N&V, Glass Forming, Thermal Forming, Extrusions, Blow Molding, Hotfilling, Analysis of fluid filled bottles, thermos, cooking utensils and stove, Sporting Goods N&V, Strength and Durability, Composite Materials
  • Elektronik: Electrical-Thermal-Mechanical Micro-Actuator, MEMS Devices, Soldering, PCB cooling, Ultrasonic motor, Structural Solenoid Actuator, Impact and Drop Testing, Vibration, Stress, Fatigue
  • Energie: Cooling Pipes, Transformers, Joule Heating, Electrical Laminations, Capacitor, switches, circuit breakers; Generator Vibrations and Acoustics; Wind Turbine Blade and Transmission Strength, Vibrations and Acoustics
  • Schwermaschinen and Machinery: Acoustic and vibration analysis, Composite and Elastomer curing, furnace, Material processing including cutting, machining and rolling
  • Medizintechnik: Blood flow analysis, Fluid bags, Laser welding, heart and other muscles, defibrillators, pacemaker, Artificial Valves, Prosthetics, Artificial Joints, Drug Delivery
  • Schiffbau: Liquid transportation and sloshing, accident investigation, underwater explosion, arc welding, sonar, cabin noise control, exterior acoustics
MSC Software Produkte: 

Dytran

Explizite Dynamik & Fluid-Struktur-Kopplung

FEA, AFEA & TFEA

Lineare, nichtlineare & thermische Analysepakete für den Desktop

Marc

Erweiterte nichtlineare Simulationen

MSC Apex

Einheitliche CAE-Umgebung für die virtuelle Produktentwicklung

MSC Fatigue

Berechnung von Lebensdauer & Betriebsfestigkeit

MSC Nastran

Multidisziplinäre FEA-Lösung

Patran

Pre- & Postprozessor für CAE-Modellierung

SimDesigner

CAD-integrierte Simulation

SimXpert

Integrierte Simulationsumgebung
+49 89 21093224
Mo-Fr 9-17 Uhr