CENIT Abaqus

Abaqus Das Finite-Elemente-Programm

Die Leistungsfähigkeit von Produkten kann verbessert werden, wenn numerische Simulationen deren Entwicklung begleiten. Ersetzen Simulationen einen Teil aufwendiger Experimente, können die Entwicklungskosten signifikant reduziert werden. Ist die Größe von Prototypen durch die Abmessungen von experimentellen Einrichtungen begrenzt, können Finite-Elemente-Modelle beliebige Dimensionen annehmen. Des Weiteren können sie schnell und einfach an veränderte Geometrie- oder Materialparameter angepasst werden. Die Modifikation von Prototypen ist oftmals nur im begrenzten Ausmaß möglich.

Die eingesetzten Modellgleichungen sind etabliert und die Berechnungsergebnisse mittels ausgereifter Routinen zur Visualisierung greifbar, sodass die FEM in der Industrie vermehrt zur Entwicklung und Optimierung von Produkten eingesetzt wird. Ausgewählte Projekte, die von der CENIT in den letzten Jahren betreut wurden, zeigen deren vielseitige Anwendbarkeit.

Realistische Simulationen zur Verwirklichung von Ideen

Das komplexe Verformungsverhalten von Festkörpern lässt sich mit Differentialgleichungen im Raum und in der Zeit beschreiben. Auch wenn das Potential von Differentialgleichungen sehr hoch ist, können sie nur in speziellen Fällen analytisch gelöst werden. Numerische Lösungen sind mit der Finite-Elemente-Methode möglich, umgesetzt in Abaqus. Mit Abaqus lassen sich nicht nur die Modellgleichungen von Festkörpern mit hoher Genauigkeit lösen, selbst die Navier-Stokes-Gleichungen und die Maxwell-Gleichungen sind implementiert. Mit ihnen ist die Mechanik von Flüssigkeiten und Gasen beziehungsweise das physikalische Verhalten von elektromagnetischen Systemen modelliert.

Mit Abaqus/CAE können Finite-Elemente-Modelle schnell und effizient angelegt, bearbeitet, überwacht, diagnostiziert und dargestellt werden. Die Parametrisierung von Modellen ermöglicht den Zugang zu Optimierungen, die mit SIMULIA Isight komfortabel angelegt und ausgeführt werden können. Mittels Scripting kann das Produkt auf Ihre speziellen Erfordernisse individuell angepasst werden, bis hin zur Gestaltung von graphischen Benutzeroberflächen. Indem eigens programmierte Funktionen mit eingebunden werden können, ist Abaqus hochgradig flexibel. So können auch spezielle Materialmodelle erfasst werden, die in ihrem Unternehmen entwickelt wurden. Mit den vorhandenen CAD-Schnittstellen können Finite-Elemente-Modelle auf Grundlage von CAD-Daten in kurzer Zeit erstellt werden. So kann das Potential von CAD-Modellen in Ihrem Unternehmen vollständig ausgenutzt werden.

Abaqus/Standard stellt eine Vielzahl an Routinen bereit, mit denen Strukturmodelle in impliziter Formulierung numerisch analysiert werden können. So eignet sich dieses Produkt insbesondere für die Analyse von Strukturen mit langsamen Bewegungen, sowie statischen Grenzzuständen. Hier liefert Abaqus/Standard numerische Lösungen von hoher Güte. Typische Anwendungsbeispiele sind die Analyse von Elastomerlagern mit stark nichtlinearem Materialverhalten und die Analyse der Stabilität von dünnwandigen Schalen mit geometrisch nichtlinearem Verformungsverhalten. Selbst die Delamination von Kompositwerkstoffen und der Rissfortschritt in geschädigten Werkstoffen kann im Detail untersucht werden. Neben Analysen im Zeitbereich geben Eigenwertanalysen Zugang zu Schwingungsmoden im Frequenzbereich. Mit speziellen finiten Elementen kann sogar die Akustik im Inneren von Fahrzeugen in Abhängigkeit der Motordynamik genauer untersucht werden.

Abaqus/Explicit ist zur Berechnung von hochdynamischen Vorgängen entwickelt. Es eignet sich insbesondere für die Simulation von kurzen, transienten Ereignissen. Damit können ballistische Einschläge genauso untersucht werden wie die Crashtauglichkeit von Autos. Die Simulation von Umformprozessen ist eine weitere Stärke von Abaqus/Explicit. Es sind verschiedene, leistungsfähige Kontaktformulierungen bereitgestellt, mit denen abrupte Übergange zwischen Haften und Gleiten im Detail untersucht werden können. Sind die Ausbreitung von Kompressionswellen und die zugehörige Verformung bei einer stoßartigen Belastung mit Abaqus/Explicit ausgewertet, kann die Berechnung mit Abaqus/Standard fortgeführt werden, sodass die Mechanik von Strukturen auch über einen langen Zeitraum effizient analysiert werden kann. Neben direkten Gleichungslösern können mit dem Einsatz von iterativen Gleichungslösern selbst große Strukturen mit einer Vielzahl an Freiheitsgraden untersucht werden.

Abaqus/Multiphysics ist in Abaqus/Standard und Abaqus/Explicit umgesetzt. Dass Abaqus/Multiphysics hier separat aufgeführt ist, soll zeigen, dass Abaqus nicht nur in der Strukturmechanik breit aufgestellt ist. Mit Abaqus kann auch eine Vielzahl an Interaktionen zwischen unterschiedlichen Medien numerisch analysiert werden. So kann der Gasdruck in einem Airbag berücksichtigt werden, der zu dessen Entfaltung führt. Auch piezoelektrische Effekte können mit einbezogen werden. Ein Anwendungsbeispiel sind Piezomotoren, Kleinmotoren, die im Bereich der Medizintechnik eingesetzt werden. Dass sich elektrische Leiter erwärmen, wenn Strom fließt, kann ebenfalls berücksichtigt werden, einschließlich thermischer Dehnungen. Elektrische Sicherungen und Glühlampen sind hier zwei typische Anwendungen. Der Anstieg der Temperatur, der bei großen plastischen Verformungen von metallischen Werkstoffen zu beobachten ist, kann ebenfalls numerisch analysiert werden. Materialparameter wie die Fließgrenze oder der Elastizitätsmodul können in Abhängigkeit der Temperatur festgelegt werden. Damit kann selbst das Walzen von dickwandigen Stählen realistisch simuliert werden. Bezüglich geotechnischer Anwendungen können auch die Auswirkungen von Flüssigkeitsdruck modelliert werden.

Die Auswahl an Interaktionen auf den Gebieten

  • Hydrostatic-Fluid-Mechanical,
  • Piezoelectric-Mechanical,
  • Structural-Acoustic,
  • Thermal-Electric,
  • Thermal-Mechanical und
  • Thermal-Fluid-Mechanical

zeigt das hohe Potential von Abaqus.

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