Was jeder über CAE wissen muss

Computer Aided Engineering (CAE) ist der breite Einsatz von Computersoftware bei der Analyse und virtuellen Prüfung von Engineering-Produkten. Mit einem CAE-Tool können Sie Produkte basierend auf den Ergebnissen einer numerischen Analyse simulieren, validieren und optimieren.

CAE-Lösungen werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, um die Robustheit zu analysieren und die Leistung von Komponenten und Baugruppen zu verbessern. Gleichzeitig ist die Konstruktionssimulation die wesentliche Unterstützung für Konstruktionsteams bei der Produktoptimierung.

Eine Integration zwischen CAD und CAE ist heutzutage ein notwendiger Bestandteil des täglichen Arbeitsablaufs für Konstrukteure geworden. Durch die Verwendung der SaaS-Version beider Lösungen können die Unterschiede verringert werden, sodass ein CAD-Modell erstellt und technische Simulationen mit minimalem Aufwand ausgeführt werden können.

Eine CAE-Simulationssitzung umfasst im Allgemeinen drei Hauptphasen:

• Pre-Processing – Hochladen des CAD-Modells, Definieren des Modells und der Umgebungsfaktoren
• Ausführen von Solver-Anwendungen – Basierend auf Simulationsanalysealgorithmen
• Post-Processing – Validierung des Modells und 3D-Visualisierung

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Hauptvorteile von CAE

Die Hauptvorteile von CAE / Engineering Simulation sind:

• Verkürzung der Zeit in der Produktentwicklung
• Verbesserung der Produktqualität und Zuverlässigkeit
• Risikominderung
• Möglichkeit, Korrekturen frühzeitig in der Konzept- und Designphase vorzunehmen
• Drastische Reduzierung der Kosten für die physische Prüfung von Prototypen
• Einhaltung der festgelegten Fristen in verschiedenen Phasen des Engineering-Workflows
• Radikale Verbesserung der Produktqualität und Zuverlässigkeit, wodurch die Kundenzufriedenheit erhöht wird
• Verlängerung des Produktlebenszyklus

Arten von CAE Analysen

Mit CAE ist ein großes Spektrum an Analysetypen für technische Simulationen zu berücksichtigen, darunter:

• Spannungs- und Dynamikanalyse mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA)
• Thermische und Fluid-Analyse mittels Computational Fluid Dynamics (CFD)
• Kinematik und dynamische Analyse von Mechanismen (Multibody Dynamics)
• Akustik-Analyse mittels FEA oder Boundary Element Method (BEM)
• 1D CAE, oder mechatronische systemsimulation, für Multidomänen-Mechatronik-Systemdesign
• Simulation von Fertigungsprozessen wie Gießen, Formen und Pressformen
• Partikelsimulation als Teil eines strömenden industriellen Prozesses
• Multiphysikalische Analyse basierend auf mehreren Simulationsphänomenen
• Optimierung des Produkts oder Prozesses

Große Anwendbarkeit von CAE

Alle diese CAE-Tools werden in der Simulation, Validierung und Optimierung von Produkten mit Anwendbarkeit in vielen Branchen eingesetzt, darunter Automobil, Luft- und Raumfahrt, Energie, Anlagenbau, Industrieanlagen, HLK, Elektronik und Konsumgüter.

Die technische Simulation hat ein breites Anwendungsspektrum, von kleinen Komponenten oder Produkten bis hin zu komplexen Geräten, Anlagen, HLK-Geräten und schweren Maschinen. Hier sind einige Beispiele aus der SimScale Public Projects Library:

• Ausrüstung und Maschinenkomponenten: statische Strukturanalyse eines Greifarms, verschiedene Belastungsszenarien an einem Fahrradrahmen, dynamische Analyse eines vereinfachten Kurbel-Kolben-Mechanismus, transiente thermische Analyse für ein Auto-Bremssystem oder Thermostrukturanalyse eines Frästeils.

• Verbraucherprodukte: konvektive Strömung in einer Glühbirne, nichtlineare statische Strukturanalyse einer Zange, Kontaktanalyse eines Verbrauchereinrastmechanismus oder eines Mobiltelefongehäuses, das nach einem Fall von zwei Metern getestet wurde.

• Anlagen- und Maschinenteile aus einem industriellen Prozess: wasserfluss durch ein Absperrventil, eine Zentrifugalwasserpumpe nach der Multiple Reference Frame-Methode (MRF) oder Schwappen von Kraftstoff in einem sich bewegenden Kraftstofftank.

• Dynamisches Verhalten verschiedener Maschinensysteme, Gebäudestrukturen oder natürlicher Körper: aerodynamische Analyse eines F1-Rennwagens, Luftstromsimulation um einen LMP1-Rennwagen, menschlicher Schädelaufprall mit und ohne Helm, hydrodynamische Leistung eines nahe an der Wasseroberfläche schwimmenden Delfins, externe Flüssigkeitsströmung um ein U-Boot, Luftstrom um ein Motorrad oder komprimierbare Aerodynamik von Verkehrsflugzeugen.

• Komplexe Prozessanalyse: Wasserreinigungsprozess in einem Labyrinthkanalreaktor, Abgase durch einen Schornstein einer Anlage oder natürliche Konvektion von Wärme aus den Kondensatorschlangen eines Kühlschranks.

Alle in diesem Artikel vorgestellten Projekte können aus den öffentlichen Projekten von SimScale in Ihren eigenen Arbeitsbereich importiert und als Vorlagen verwendet werden.

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Der Zweck eines Helms besteht darin, die Person, die ihn trägt, vor einer Kopfverletzung beim Aufprall zu schützen. In diesem Projekt wurde der Aufprall eines menschlichen Schädels mit und ohne Helm mit einer nichtlinearen dynamischen Analyse simuliert. Laden Sie diese Fallstudie kostenlos herunter.