FEM analyses en analytische berekeningen
“Twee Wegen naar Inzicht – FEM analyses en Analytische Berekeningen”
In de wereld van mechanical engineering zijn er twee krachtige hulpmiddelen die EV engineering dagelijks inzet om de sterkte, stijfheid en veiligheid van de ontwerpen te toetsen: analytische berekeningen en FEM-analyses (Finite Element Method). Hoewel ze vaak hetzelfde doel dienen, bewandelen ze elk een heel ander pad.
Het begin: de analytische aanpak
In de concept fase worden vaak handformules uit de mechanica gebruikt om snel een inschatting te maken of het ontwerp voldoet. Te denken valt aan reactiekrachten en momenten, profieldoorsnedes, materialen, diktes, stijfheden, etc
De stap naar FEM
Maar zodra het ontwerp complexer wordt – met asymmetrische vormen, niet-lineaire materialen, dynamische belastingen of meerdere krachten tegelijk (statisch overbepaald) – schieten de formules tekort. Daar komt FEM in beeld.
Bijvoorbeeld een high-tech machineframe met ingewikkelde verstevigingen, variërende wanddiktes en meerdere krachten in verschillende richtingen. Een analytische berekening is hier niet meer haalbaar – of zou zó veel aannames vereisen dat het resultaat nauwelijks nog betrouwbaar is.
Het mooie van beide werelden
Toch is het niet FEM of analytisch – de echte kracht zit in de combinatie. Een analytische berekening kan dienen als een snelle controle of eerste schatting. Het geeft richting. FEM komt daarna om het geheel tot in detail te toetsen. Analytische modellen helpen ook om FEM-resultaten te controleren. En analytische berekeningen kunnen worden gebruikt om detail elementen zoals assen, boutverbindingen of hijsogen te controleren.
Wat is FEM?
FEM staat voor Finite Element Method, of in het Nederlands: Eindige Elementen Methode.
Het is een rekenmethode die wordt gebruikt om complexe technische problemen op te lossen. Het komt in vele gebieden voor, maar EV engineering beperken we ons tot de werktuigbouwkunde.
Kort uitgelegd
FEM splitst een ingewikkeld object (bijvoorbeeld een brug, een motoronderdeel of een machineframe) op in veel kleine stukjes: de zogenaamde eindige elementen (meestal driehoeken, vierkanten of 3D-volumes zoals tetraëders).
Vervolgens rekent de computer uit:
- hoe elk element reageert op belasting (kracht, druk, temperatuur, trillingen, enz.),
- en hoe al die reacties samen het gedrag van het hele object bepalen.
Wat kun je ermee berekenen?
EV engineering gebruikt FEM software voor het doorrekenen van constructies op:
- Spanningen en vervormingen
- Knik en plooi
- Eigenfrequenties
- sterkte, knik, plooi, eigen frequentie, etc. Het rekenen aan lassen, bout verbindingen, spanningen in profiel doorsnede etc.
Maar ook detail elementen zoals boutverbindingen, lassen en contacten spanningen.
De analyses zijn lineair of non-lineair, waarbij in sommige gevallen non-lineair materiaal toegepast wordt.
EV engineering gebruikt Ansys software
EV engineering heeft een eigen Ansys mechnical pro licentie en daarnaast SpaceClaim voor het snel een efficient opzetten of bewerken van modellen.
Normen
EV engineering is bekend met het gebruik van normen. Normen helpen bij het nauwkeurig beschrijven, analyseren en construeren van mechanische systemen. Bekende normen zijn: Eurocode, DNV, Lloyds Register en Bureau Veritas