SolidWorks Simulation

Transcriptie

1 SolidWorks Simulation Dolf Broekaart Manager Simulation Van strategie tot productie

2 Wilt u bepalen of uw product kapot gaat? Voer dan meerdere test berekeningen uit Gaat dit product kapot door: Eenmalige Overbelasting? Herhaalde Overbelasting? Impact belasting Dynamische belasting? Trilling? Vermoeiing? Temperatuurinvloeden? Of een combinatie van alles?

3 Complete SolidWorks Simulation Portfolio Simulation Flow Simulation Plastics Sustainability Simulation Professional Flow Simulation Plastics Professional Sustainability Simulation Premium Electronic Cooling Plastics Premium HVAC

4 SolidWorks Simulation Van strategie tot productie Simulation Professional Simulation Premium Static Frequency Buckling Thermal Optimization Nonlinear Time History Harmonic Motion Event-based Motion Fatigue Pressure Vessel Drop Test Composites Random Vibration Response Spectra

5 SolidWorks Flow Simulation Van strategie tot productie Flow Simulation Electronics Cooling Module Internal & External Laminar & Turbulent Heat Transfer Rotating Components Joule Heating Heat Pipes Two Resistor Component PCB Generator Extended Engineering Database Compressible Non- Newtonian Coupled Multiphysics Timedependent Advanced Radiation HVAC Module Comfort Parameters Tracer Study Extended Engineering Database

6 SolidWorks Plastics Van strategie tot productie Plastics Professional (Mould Flow) Plastics Premium (Mould Flow+Pack) Filling Weldlines Multiple Gates Valve Gates Gas-Injection Multiple Cavity Runner Balancing Multishot & Co-Injection Short Shots Airtraps Inserts & Overmolding Sink Marks & Shrinkage Cooling Time Fiber Analysis

7 SolidWorks Sustainability Van strategie tot productie SustainabilityXpress Sustainability Analyze Parts Fully integrated Find Similar Material Detailed Comparison Analyze Assemblies Assembly Visualisation Built to Last Use phase energy Reports Recycled Materials Real-time Dashboard Set & import baselines Custom Transport Custom Mfg process Custom EoL Evaluate Configurations

8 SolidWorks Simulation Static analysis, wat is dat..? Van strategie tot productie Een statische berekening gaat uit van 4 aannames: De materialen zijn linear Vervormingen zijn klein Belastingen worden langzaam aangebracht en veranderen niet van richting tijdens de belasting of in de tijd Contacten veranderen niet tijdens de simulatie

9 SolidWorks Simulation Premium Static analysis, wat is dat..? Lineare berekening > lineair verband Van strategie tot productie wordt de kracht 3x zo groot, dan wordt ook de vervorming 3x zo groot

10 SolidWorks Simulation Premium Non-Lineare analysis, wat is dat..? Met Non-Lineare simulatie kunnen we de volgende zaken berekenen: De materialen kunnen Non-linear zijn. (kunststoffen, rubbers, verenstaal enz) Vervormingen mogen groot zijn Belastingen mogen snel worden aangebracht of zelfs veranderen in de tijd Contacten mogen veranderen in de tijd (klik trough of snap through mechanismen)

11 De juiste interpretatie van resultaten De achtergrond Large Chunky Structures Solid Element Shell Element Beam/Truss Element Sheet Metal or Thin Walled Structures Structural Members

12 De juiste interpretatie van resultaten Waarom andere elementen zoals shells? Dunwandige producten als plaatwerk Kleine solid elementen teveel elementen Grote solid elementen slechte kwaliteit Kwaliteit van mesh bepalen via aspect ratio. Shell elementen worden gebruikt voor dunne modellen (6 DOF per node) Shell elementen leveren goede resultaten met minimale resources

13 De juiste interpretatie van resultaten Waarom andere elementen zoals beams? Wat als we een profiel willen meshen? Solid Elementen: Te veel elementen. Shells: Nog steeds veel DOF en meer voorbereiding Beam elementen kunnen goed worden toegepast Beam theorie bied accurate antwoorden Een beam element heeft 2 nodes. Iedere node heeft 6 DOF (3 translations & 3 rotations). Constant, getaperde of curved sectie Basis vormen in solid bodies kunnen behandeld worden als beams. SolidWorks Simulation krijgt de sectie eigenschappen automatisch. Mogelijkheden tot het bekijken van buigend moment & afschuiving diagrammen.

14 De juiste interpretatie van resultaten Waarom andere elementen zoals planar elements? Bij axi-symmetrie zoals pressure vessel. Een doorsnede representeert het gehele model Een soort shell element wordt gebruikt. Iedere node heeft 2 DOF. Het element ziet eruit als: Resultaten zijn axi-symmetrisch Bij lange profielen met gelijkwaardige condities over de lengte van het profiel. (Plane strain) Het element ziet eruit als: Bij dunne platen. (Plane stress) Het element ziet eruit als: In bovenstaande gevallen zijn 2D elementen een enorme tijdswinst

15 De juiste interpretatie van resultaten Mesh dichtheid en resultaten Convergentie Hoeveel wijzigt de stresss met het incrementeel verfijnen van de mesh? Gebruik een logische verfijning in de mesh zodat resultaten juist te interpreteren zijn en controle kan plaatsvinden op convergentie 10 mm 66 MPa 5 mm 68 MPa 5 / 2 mm 71 MPa 3 / 1 mm 80 MPa 3 /.5 mm 80 MPa =3% =4% =12% =0% Von Mises Stress (MPa) / 2 3 / 1 3 / 0.5 =21%

16 De juiste interpretatie van resultaten Mesh dichtheid en resultaten De kwaliteit van de resultaten is afhankelijk van de fijnheid van de mesh σ Resultaten kunnen vergeleken worden zolang men dezelfde mesh grootte gebruikt Aantal elementen

17 De juiste interpretatie van resultaten Nauwkeurigheid van de Simulatie Groffe Mesh: 1773 nodes Gemiddelde Mesh: 7009 nodes Fijne Mesh: 16,107 nodes Sol. Time: 2 sec. Max. Stress: 25.8 ksi Sol. Time: 5 sec. Max. Stress: 27.8 ksi Sol. Time: 10 sec. Max. Stress: 27.6 ksi

18 De juiste interpretatie van resultaten Nauwkeurigheid van de Simulatie Minder elementen rekenen sneller. Meer elementen geven nauwkeurigere resultaten De uitdaging is het vinden van de balans tussen deze twee

19 De juiste interpretatie van resultaten Evalueren van de Simulatie Nauwkeurigheid & precisie van de simulatie wordt bepaald door de gebruiker tijdens het creeren van de studie. Mesh Materiaal eigenschappen Belastingen Inklemmingen Analyse keuze Model Geometrie

20 De juiste interpretatie van resultaten Evalueren van de Simulatie Mesh grofheid, modellering onnauwkeurigheden en slecht gedefinieerde belastingen en inklemmingen kunnen resulteren in lokale onnauwkeurigheden en slechte convergentie. Deze zaken dienen gecorrigeerd te worden wanneer het gebied belangrijk is, of kan genegeerd worden als er geen effect is op deze belangrijke gebieden.

21 De juiste interpretatie van resultaten Evalueren van de Simulatie Het plotten van diverse views en waardes kunnen de gebruiker helpen om complex gedrag te kunnen begrijpen. Animaties zijn erg bruikbaar hulpmiddellen om vorm veranderingen te kunnen bestuderen. Maak gebruik van specifieke views om het bekijken van resultaten door andere gebruikers voor te bereiden.

22 De juiste interpretatie van resultaten Wat u beslist moet weten? Alle resultaten zijn op hun best, benaderingen van werkelijk gedrag FEA eist van de gebruikers dat zij een goed begrip hebben van de processen om succes te kunnen bereiken FEA is gemakkelijk, maar nooit automatisch Sommige uitdagingen die we tegenkomen in onze industrie zijn onmogelijk of zeer omslachtig om op te lossen met FEA SolidWorks Simulation is een FEA oplossing, specifiek ontworpen voor qualitatieve analyse voor de gemiddelde engineer; de SolidWorks gebruiker

23 De juiste interpretatie van resultaten Veel voorkomende uitdagingen Het verkrijgen van juiste materiaaleigenschappen kan tijdsintensief en complex zijn Diverse bronnen kunnen geraadpleegd worden zoals internet, diverse engineering en wetenschappelijke handboeken, en uiteraard het (laten) testen van monsters of samples Deze vorm van testen kan gedaan worden door diverse instituten, educatieve instellingen en commerciele instellingen Matweb.com / Materiality.com / Jahm.com / Campus.de / TNO / TU Delft / TU Twente / Thales / Tue / etc

24 De juiste interpretatie van resultaten Veel voorkomende uitdagingen Bepaal of het model dat gebruikt wordt voor de simulatie, voldoende nauwkeurig is om accurate resultaten te kunnen bereiken. Zijn de belangrijke gebieden voldoende nauwkeurig gemodelleerd? Volledig model Zijn er gebieden die we kunnen negeren / weglaten? Vaak zijn modellen te gedetailleerd voor de benodigde simulaties, of dienen juist opnieuw gedefinieerd te worden om accuraatheid te kunnen garanderen. versimpeld model

25 De juiste interpretatie van resultaten Veel voorkomende uitdagingen Sharp Corner With Fillet Convergentie kan beperkt worden door geometrie, belastingen of inklemmingen. Dit kan zorgen voor oneindig hoge stress in de buurt van scherpe hoeken of fixed inklemmingen. Dit noemen we Singularities. Results do not converge Results converge Max Stress around Hole Area Scherpe hoeken en inklemmingen dienen te worden aangepast om singularities te voorkomen en convergentie te kunnen bereiken.

26 De juiste interpretatie van resultaten Hoe accuraat zijn de antwoorden? Verificatie uitdagingen en benchmarks worden meegeleverd met de software: Help > SolidWorks Simulation > validation > verification problems & NAFEMS Benchmarks Antwoorden uit de software komen overeen met geverifieerde theoretische en praktische zaken Duizenden uitdagingen zijn gebruikt voor het testen De resultaten van diverse simulaties zijn geverifieerd met praktijkmetingen.

27 De juiste interpretatie van resultaten Richtlijnen inzicht vs nauwkeurigheid? All simulatie resultaten (gegenereerd door experts of gemiddelde gebruikers) zijn slechts zo goed als de volgende aannames: Geometrie Hoe goed representeerd de geometrie alle werkelijke onderdelen? Is het CAD model 100% gelijk aan het geproduceerde model? Loads/Restraints Kan de praktijktest enigzins benaderd worden? Weten we daadwerkelijk wat de belasting is? Material Properties Zijn alle elastische en plastische eigenschappen bekend? Weten we wanneer het product in de praktijk faalt? Physics Reageert het materiaal linear over de gehele strain-range? Zijn er tijdsafhanklijke, vermoeiing, trilling, demping of andere dynamische effecten? De praktijkervaring Het verschil tussen een expert en een gemiddelde engineer is dat de expert alle bovenstaande vragen in kaart brengt voordat er begonnen wordt met de simulatie.

28 De juiste interpretatie van resultaten Conclusie Zorg voor het gebruik van de juiste materiaaleigenschappen, zeker voor Non-Lineare Simulatie Zorg voor juiste aannames van krachten en inklemmingen (Fixed Inklemming is zelden de juiste) Zorg dat de mesh nauwkeurig genoeg is voor wat er onderzocht dient te worden Leer resultaten te interpreteren en doe ervaring op door het vergelijken van uw simulation resultaat met een prototype Een SolidWorks model opgezet voor productie is niet altijd geschikt voor Simulatie SolidWorks Simulation vervangt niet alle prototypes, maar het verminderd het aantal prototypes dat nodig is om te komen tot het beste product

29 Tips & Tricks Het kiezen van de juiste solver? Van strategie tot productie Direct Sparse bij voldoende RAM en meerdere CPUs: Bij modellen met No Penetration contact, en in het bijzonder bij het aanzetten van friction effects Bij het simuleren van onderdelen met erg uiteenlopende materiaalcondities Bij het simuleren van modellen when solving models where incompatible mesh is bonded using constraint equations. FFEPlus voor andere gevallen Memory gebruik: Sparse solver: 500Mb RAM voor iedere 100,000 DOF FFEPlus: 50 Mb RAM voor iedere 100,000 DOF

30 Tips & Tricks Simulation Cleaning utility Van strategie tot productie Fixt corrupte files Verse start Verkleint de filesize Te vinden in C:\Program Files\SolidWorks Corp\SolidWorks\Simulation\Utilities Lees ook de bijgevoegde help file

31 Tips & Tricks Hydrostatische druk, hoe doen we dat? Van strategie tot productie 1. Creeer het juiste Coordinaat system (Y-positief naar beneden) 2. Pas een normal pressure toe 3. Selecteer het gecreeerde coordinaatsysteem 4. In het pressure value field, vul het product in van de vloeistof s massa dichtheid (1000 kg/m^3 for water) bij een zwaartekracht (9.81m/s^2 at sea level) = 9810 N/m² 5. Vul 1 for the coefficient Y en 0 voor alle 5 andere waarden

32 Tips & Tricks Massa & zwaartepuntlocatie bij surface modellen? Hoe kunnen we bepalen wat de locatie is van het zwaartepunt bij een model met surface bodies en remote masses? Creeer een statische studie, zet zwaartekracht aan als load en run de simulatie. Open de.out file in de results directory M A S S M O M E N T I N F O R M A T I O N MASS E+01 VOLUME E-03 WEIGHT E MASS MOMENT OF INERTIA W.R.T. C.G IX E+00 IY E+00 IZ E CENTER OF GRAVITY CGx E-01 CGy E-01 CGz E

33 Tips & Tricks Softspring vs Inertial relief bij onvoldoende ingeklemde modellen? 1ste keus Probeer altijd het model voldoende in te klemmen Maak gebruik van symmetrie wanneer mogelijk Mesh Soft Springs Inertial Relief Adds node-to-ground springs Non uniform acceleration Stabilized by F=KX F=MA Use when unrestrained directions with no applied load No penetration contacts F = 0 Shrink fit

34 Tips & Tricks Werkmethodiek Van strategie tot productie

35 Workshops SolidWorks Simulation Probeer de SolidWorks Simulatie Tools onder begeleiding

36 Mogelijkheden Evalueren SolidWorks Simulation SolidWorks Simulation Professional SolidWorks Simulation Premium SolidWorks Flow Simulation SolidWorks Motion Simulation SolidWorks Event Based Motion SolidWorks Sustainability SolidWorks Plastics Professional SolidWorks Plastics Premium Neem contact op met mij voor het opstarten van een evaluatie procedure >

37 Beyond SolidWorks Simulation SIMULIA Abaqus voor complexe vraagstukken Blast loading Deep drawing Metal rolling Bottle drop Blow molding Bottle conveying system Energy absorption

38 Vragen Van strategie tot productie?

39 Dank u wel Dolf Broekaart Manager Simulation dbroekaart@designsolutions.nl