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In strukturmechanischen Simulationen geht es um die Berechnung von Verformungen, Kräften und Spannungen von und in Bauteilen.
Wichtig ist das immer dann, wenn es um die Festigkeit von Komponenten geht, typischerweise bei hochbelasteten (und somit versagensgefährdeten) Produkten.
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Gerade in der frühen Phase der Produktentwicklung ist nicht immer klar, ob ein Design stabil, sicher oder wirtschaftlich ist.
Hier kann Simulation entscheidend helfen – besonders dann, wenn physische Tests teuer, aufwendig oder schlicht noch nicht möglich sind.
Egal ob Falltest, Montagesimulation oder Materialverhalten unter extremer Belastung: Mit der richtigen Modellierung lassen sich Produkte virtuell testen und gezielt verbessern, oft schon in einfachen quick & dirty Modellen und lange bevor der erste Prototyp gebaut wird.
Eigene Fragestellung, bei der Simulation helfen könnte?
❓ Sturz- & Stoßsimulationen
Hält ein Produkt oder seine Verpackung den Aufprall aus einem Meter Höhe aus?
❓ Kontakt & Reibung bei Montagevorgängen
Schnapphaken, Steckverbindungen und Reparaturprozesse – wie verformt sich das Teil beim Ein- und Ausbauen?
❓ Nichtlineare Verformung
Was passiert bei Überlastung oder gewollter plastischer Verformung? Wo sind Grenzen der Belastbarkeit?
❓ Freigabe- und Zertifizierungsprozesse
Lässt sich ein realer Test simulativ absichern oder vorbereiten?
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Mit kommerziellen Simulationstools hat man heute schnell mal bunte Bilder für schicke Powerpoint Slides zusammengeklickt.
Die “Kunst” liegt in der Interpretation und Validierung der Ergebnisse.
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Mit entsprechender Erfahrung kann man aber in der Strukturmechanik durchaus auch mit vergleichsweise einfachen Modellen aussagekräftige Resultate erhalten
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Zwei typische Beispiele aus meiner Arbeit zeigen, wie sich digitale Prototypen durch Vergleich und Messung absichern lassen:
Beispiel 1
➡️ Kontaktanalyse eines Schnapphakens
Beispiel 2
➡️ Stempeltest für nichtlineares Material
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Karabinerhaken-Verschlüsse, bei denen ein Haken in eine Nut eingesetzt wird, sind in der Automobilindustrie weit verbreitet; sie kommen zum Beispiel in der Steuerkonsole eines Autos vor.
Dieses Beispiel simuliert das Einsetzen eines Karabinerhakens in seine Nut.
Um die Kraft zu ermitteln, die zum Einsetzen und Entfernen des Hakens erforderlich ist, wird in diesem Beispiel ein linear-elastisches Materialmodell mit einem nichtlinearen Modell verglichen, das große Verformungen und den Kontakt zwischen einem elastischen und einem elastoplastischen Körper beinhaltet.
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Vernetzung mit lokaler Verfeinerung im Kontaktbereich
→ Reaktionskraft wird an Grundfläche des Schnapphakens ermittelt
maximale Spannung bei linear-elastischem Materialverhalten
maximale Spannung bei plastischem Materialverhalten
von-Mises-Spannungsverläufe
Reaktionskräfte beim Ein- und Ausrasten des Schnapphakens
Bereiche mit bleibender plastischer Verformung sind in blau dargestellt
Der Vergleich der beiden Materialmodelle zeigt, dass sich die berechneten Reaktionskräfte deutlich unterscheiden. Insbesondere fällt auch die Veränderung der Reaktionskräfte vor und nach plastischen Verformung auf.
Der Gehäusehaken wurde sowohl mit linearem als auch nichtlinearem Materialmodell simuliert – inklusive Kontakt und Reibung.
Ziel Verstehen, wie stark sich die Ergebnisse (z. B. Rückstellverhalten oder Überlastung) zwischen den beiden Ansätzen unterscheiden.
Ergebnis Nur das nichtlineare Modell konnte realistische Kräfte und Verformungen abbilden – der Unterschied war entscheidend für die Produktentscheidung.