Analyse van eindige elementen

Eindige elementenanalyse (FEA) is de virtuele modellering en simulatie van producten en assemblages voor structurele, akoestische, elektromagnetische of thermische prestaties. FEA is de praktische toepassing van de eindige elementenmethode (FEM).

Wat is eindige elementenanalyse?

Eindige elementenanalyse is het modelleren van producten en systemen in een virtuele omgeving om potentiële (of bestaande) problemen met de productprestaties te vinden en op te lossen. FEA is de praktische toepassing van de FEM, die door ingenieurs en wetenschappers wordt gebruikt om complexe structurele, akoestische, elektromagnetische, thermische, vloeistof- en multifysische problemen wiskundig te modelleren en numeriek op te lossen. FEA-software kan in een breed scala van industrieën worden gebruikt, maar wordt vooral gebruikt in de luchtvaart-, automobiel-, elektronica-, industriële machines-, scheepvaart- en consumentenproductenindustrie.

Een model met eindige elementen (FE) bestaat uit een systeem van punten, genaamd „knopen”, die de vorm van het ontwerp vormen. Aan deze knooppunten zijn de eindige elementen verbonden die de eindige elementenmaas vormen en die de materiaal- en structurele eigenschappen van het model bevatten, waarmee wordt bepaald hoe het op bepaalde omstandigheden zal reageren. De dichtheid van het netwerk met eindige elementen kan in het hele materiaal variëren, afhankelijk van de verwachte verandering in de spanningsniveaus in een bepaald gebied. Regio's waar grote veranderingen in stress optreden, hebben doorgaans een hogere maasdichtheid nodig dan gebieden waar weinig of geen spanningsvariatie optreedt. Aandachtspunten kunnen onder meer breukpunten zijn van eerder getest materiaal, filets, hoeken, complexe details en gebieden met veel belasting.

Person wearing VR headset with holographic interface projection

Ontdek de voordelen

FEA is een beproefde methode die vaak wordt gebruikt ter vervanging of aanvulling van experimentele en analytische methoden ter ondersteuning van het technisch ontwerp en de analyse van alledaagse producten. Vergeleken met prototyping en experimenten bieden op FEA gebaseerde simulaties de volgende voordelen.

Prestaties verbeteren

Met eindige elementenanalyse kunt u snel de technische mogelijkheden voor betere productprestaties analyseren en verkennen.

Verkorting van de tijd

Analyse van eindige elementen helpt u geoptimaliseerde productontwerpen sneller op de markt te brengen dan met een bouw- en testmethode.

Kostenreductie

Door gebruik te maken van eindige elementenanalyse kunt u de ontwikkelingskosten van uw producten aanzienlijk verlagen in vergelijking met traditionele testprocessen op basis van fysieke prototypes.

Stappen in het FEA-simulatieproces

Ongeacht de gebruikte software, de meeste FEA-simulaties volgen deze algemene stappen.

3D-model van een autoframe met heatmapping-visualisatie van Simcenter 3D-software.

Voorbewerking

De voorbewerkingsfase bestaat uit het bewerken van de geometrie en het voorbereiden ervan voor simulatie. In een proces dat meshing wordt genoemd, zet een voorbewerkingstool de geometrie van het ontwerp om in kleine eindige elementen voordat materiaaleigenschappen, belastingen, beperkingen en simulatieparameters worden toegepast.

Ontdek de voor- en nabewerking van FE

De CFD-simulatiesoftware begint de gediscretiseerde vergelijkingen iteratief op te lossen met behulp van de CFD-oplosser.

Oplossen

De FEA-simulatiesoftware begint de gediscretiseerde vergelijkingen iteratief op te lossen met behulp van de oplosser. Deze stap kan veel tijd of computermiddelen vergen. Voor complexe simulaties kiezen steeds meer bedrijven voor cloud computing als een kosteneffectieve oplossing voor dit probleem.

Ontdek FEA-simulatieoplossingen

Lineaire analyse van een visuele mechanische structuur met Simcenter 3D-software.

Nabewerking

Zodra de oplossing is voltooid, is de volgende stap het kwalitatief en kwantitatief analyseren en visualiseren van de resultaten van de simulatie met behulp van rapporten, monitoren, plots, 2D/3D-beelden en animaties. Verificatie en validatie van de resultaten maken ook deel uit van deze fase.

Ontdek de voor- en nabewerking van FE

Soorten FEA-analyses

1D-analyse (straalmodellen)
1D-analyse verwijst naar het toepassen van modellen die uitsluitend zijn gemaakt door 1-dimensionale elementen die bestaan uit slechts twee knooppunten, zoals bundelelementen. 1D-analyse kan goed zijn om te kijken naar een vroege analyse van structuren die doorgaans moeilijk te modelleren zijn, zoals een carrosserie of casco. Het 1D-straalmodel kan ingenieurs helpen om de lichaamsdynamiek snel te beoordelen voordat de volledige geometrie klaar is voor een diepere analyse.

2D-analyse (schaalmodellen)
Ingenieurs combineren de geometrie met tweedimensionale elementen, zoals een vier- of driehoekig element voor dunwandige lichamen, zoals onderdelen gemaakt van plaatmetaal. De eigenschappen van het element bepalen vervolgens de dikte van het schaalelement dat de oplosser zal gebruiken om spanningen, spanningen en andere resultaten te berekenen. FEA-preprocessors beschikken over algoritmen die snel in elkaar grijpen, waarmee ingenieurs een schaalnetwerk kunnen creëren op basis van geometrie.

3D-analyse (solide modellen)
Voor massieve, dikke geometrie, zoals een motorblok, gebruiken ingenieurs solide driedimensionale elementen om de geometrie weer te geven. Tetra-, piramide- en zeskantige elementen worden overal in het vaste lichaam gevormd. FEA-preprocessors beschikken over het gereedschap dat ingenieurs nodig hebben om modellen met een stevig gaas te maken.

FEA voor multifysica
De moderne FEA is meer dan alleen het afzonderlijk simuleren van één enkel natuurkundig domein. Tegenwoordig is FEA veel multidisciplinairder geworden door ingenieurs in staat te stellen verschillende fysica aan elkaar te koppelen, zoals vloeistofstructuurinteractie (FSI), thermisch-mechanische simulatie, dynamica van meerdere lichamen met structurele flexibele lichamen op basis van FE, elektromechanisch-thermische en meer. Simulatie van multifysica is van fundamenteel belang bij steeds complexere producten die holistische domeinoverschrijdende engineering vereisen om maximale prestaties te bereiken.

Ontdek producten die verband houden met de FEA

Simcenter

Probeer FEA-software gratis uit

Simcenter 3D-softwarebeelden die een simulatiemodel van een tractorontwerp weergeven.

Simcenter 3D-proefversie

Zet CAD-geometrie snel om in bruikbare geometrie voor simulatie
Uw modellen voor structurele analyse op efficiënte wijze samenvoegen en oplossen om inzicht te krijgen in de prestaties van het ontwerp
Update het simulatiemodel snel met Simcenter 3D-software om wijzigingen in het ontwerp te ontwerpen, zodat u binnen enkele seconden opnieuw kunt simuleren

Probeer het nu

Veelgestelde vragen

Meer informatie

Kijk

Webinar op aanvraag | Hergebruik van oude gegevens met eindige elementen om modellen op systeemniveau te maken

Webinar op aanvraag | Het scheepsontwerp stroomlijnen met simulatie en gegevensbeheer

Luister

Podcast | Verbetering van het ontwerp en de simulatie van elektrische motoren met Adrian Perregaux

Podcast | Executable Digital Twins: een smartwatch voor machines

Lezen

Blogs | Ontdek alle blogs van Simcenter FEA

Mechanische simulatie | Voorspel mechanische prestaties in meerdere disciplines met behulp van CAE