SolidWorks oder Autodesk Fusion? Die beste CAD-Software für Ihr Projekt auswählen
CAD-Tools, also bekannt als Computer Aided Design, werden auf nahezu allen Ebenen des Designs eingesetzt – vom gelegentlichen Hobbybastler, der…
Finite-Elemente-Analyse-Software, auch bekannt als FEA-Software, ist heute ein unverzichtbares Werkzeug für jeden Maschinenbauingenieur.
Der aktuelle Markt stellt viele Herausforderungen dar, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Hohe Rentabilität erfordert qualitativ hochwertige Produkte. Daher müssen Entwicklungsingenieure, Qualitätssungsingenieure, Zuverlässigkeitsingenieure, Konstrukteure und andere Fachleute ihr Bestes geben, um diese Qualität zu erreichen.
Zu den Herausforderungen gehört es, Tests durchzuführen, um sicherzustellen, dass die Bauteile und Materialien der Produkte wie erwartet funktionieren. Dies umfasst Reaktionen auf unterschiedliche Situationen wie Kräfte, Vibrationen und Wärme.
Früher wurden diese Tests durchgeführt, indem Prototypen des Produkts erstellt und an ihnen geprüft wurden. Das Erstellen und Testen von Prototypen ist jedoch zeitaufwendig und verursacht höhere Kosten.
Der Einsatz von Finite-Elemente-Analysen passt daher hervorragend zu Lean-Manufacturing-Methoden, um die Produktivität zu maximieren und Verschwendung zu minimieren.
Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) ist ein computergestütztes Analyseverfahren. Sie dient dazu, simulierte physikalische Phänomene zu untersuchen, basierend auf der Finite-Elemente-Methode (FEM). Die FEM ist eine numerische Methode, die mathematische Modelle nutzt, um komplexe ingenieurtechnische Probleme, dargestellt durch Differentialgleichungen, zu lösen.
Ingenieure nutzen die Finite-Elemente-Analyse im Konstruktionsprozess. Anstatt Prototypen für reale Experimente zu bauen, greifen sie auf Finite-Elemente-Analyse-Software zurück.
Der Einsatz dieser Methode bereits in der Entwurfsphase hilft, Maschinenteile zu optimieren, um bessere Produkte schneller zu entwickeln und auf den Markt zu bringen.
Der Entwicklungsprozess besteht aus verschiedenen Phasen. Eine davon ist das Testen von Lösungen, um herauszufinden, ob sie den Anforderungen und dem erwarteten Betriebsverhalten entsprechen.
Zunächst wird das Problem definiert. Marktforschung dient dazu, die Anforderungen zu identifizieren und zu spezifizieren. Anschließend erfolgt das Brainstorming und die Bewertung verschiedener Möglichkeiten. Dazu gehört auch die Modellierung einzelner Bauteile und ganzer Baugruppen mit CAD-Software zur besseren Visualisierung.
Glücklicherweise sind moderne CAD-Programme meist als umfassende Pakete erhältlich, die neben dem Modellieren auch weitere Module enthalten. Viele dieser Programme verfügen bereits über FEA-Funktionen. Einige unterstützen darüber hinaus auch Strömungssimulationen, bekannt als Computational Fluid Dynamics (CFD).
Somit können die in den vorherigen Entwicklungsphasen erstellten Modelle direkt für Tests verwendet werden. Falls nötig, werden Bauteile auf Basis von Daten und Testergebnissen überarbeitet.
Natürlich ist es auch möglich, Modelle bei Bedarf in andere Simulationsprogramme zu exportieren. Spezialisierte Software liefert genauere Ergebnisse und bietet mehr Funktionen. Eine solche Optimierung ist beispielsweise bei Großserienfertigung notwendig. Überdimensionierung führt zu unnötigen Kosten, die sich bei der Serienproduktion summieren.
Beim Einsatz der FEA im Konstruktionsprozess sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:
Um korrekte Ergebnisse zu erzielen, ist die Wahl der richtigen Analyseart entscheidend.
Statische Analyse
Hierzu zählen lineare statische und nichtlineare quasi-statische Situationen. Zu den gängigsten Anwendungsfällen gehören lineare Spannungsanalyse, Verformungsanalyse und thermische Analyse.
Sowohl einfache als auch komplexe Strukturuntersuchungen unter bestimmten Lasten sind typische Aufgaben der statischen Analyse.
Dynamische Analyse
Dies umfasst die Untersuchung des dynamischen Verhaltens unter dynamischer Belastung, etwa durch Schwingungserregung. Dazu zählen modale Analyse, harmonische Antwortanalyse, transiente Dynamikanalyse und rotodynamische Analyse.
Beispiele für die Anwendung der dynamischen Analyse sind das Verhalten von Motorbauteilen in verschiedenen Betriebsphasen, wie etwa beim Anlauf. Auch außerhalb des Ingenieurwesens finden sich Anwendungen, beispielsweise bei der Simulation der Reaktion eines menschlichen Schädels auf einen Aufprall.
Heute gibt es eine große Auswahl an CAD- und FEA-Softwarelösungen. Durch den stetigen technologischen Fortschritt können immer spezifischere Lösungen mit individuellen Funktionen entwickelt werden. Die entscheidende Frage ist: Welche Lösung passt zu Ihren Anforderungen?
Die Integration von FEA-Funktionen ist einer der großen Vorteile moderner CAD-Software. Im Folgenden bieten wir Ihnen einen Überblick über die leistungsstärksten CAD-Systeme mit integrierten Finite-Elemente-Analyse-Tools. Die Hervorhebung der jeweiligen Vorteile und potenziellen Einschränkungen erleichtert Ihnen die Auswahl der besten Option.
Autodesk erlangte zunächst mit der AutoCAD-2D-Konstruktionsserie weltweite Bekanntheit. Heute zählt Autodesk zu den führenden Anbietern von CAD- und Finite-Elemente-Analyse-Software.
Inventor ist die mechanische Konstruktions- und 3D-CAD-Software von Autodesk. Sie bietet klassische CAD-Funktionen wie parametrische Modellierung, Baugruppenmodellierung und Zeichnungserstellung. Darüber hinaus stehen moderne Werkzeuge wie Designautomatisierung und automatisierte Rahmengestaltung zur Verfügung.
Die Software ermöglicht zudem die Arbeit mit Blechteilkonstruktionen in einer eigenen Umgebung. Für die Visualisierung bietet sie große Flexibilität, etwa durch Explosionsdarstellungen und Videoanimationen.
Im Hinblick auf die Finite-Elemente-Analyse können Sie mit Inventor problemlos statische oder modale Spannungs- und Dynamikanalysen an Ihren Modellen durchführen. Die Software stellt hierfür einen Einstellungsdialog, eine parametrische Tabelle und einen Simulationsassistenten zur Verfügung.
Zusätzlich bietet Autodesk auch Inventor Nastran an – eine in CAD eingebettete Finite-Elemente-Analyse-Software, die ausschließlich im Rahmen der Product Design and Manufacturing Collection verfügbar ist.
Inventor Nastran erweitert die FEA-Fähigkeiten von Inventor und beinhaltet eine größere Auswahl an Studien und Materialien für Ihre Analysen, zum Beispiel lineare und nichtlineare Spannungs-, Dynamik- und Wärmeübertragungsstudien.
SolidWorks ist einer der Hauptkonkurrenten von Autodesk Inventor und wurde in Frankreich entwickelt. Die Software legt großen Wert auf umfassende Design-to-Manufacturing-Fähigkeiten.
Hervorzuheben ist die Möglichkeit, mit großen und komplexen Baugruppen zu arbeiten. Es ist machbar, mit einem einfachen Modell zu beginnen und dieses bis zu einer vollständigen Anlagenstruktur zu skalieren.
SolidWorks ist ein vollständiges CAD-Paket mit verschiedenen Modulen, darunter eines der besten CAD-CAM-Programme. Zu den Modulen zählen:
Die FEA wird über das SolidWorks Simulation Modul umgesetzt. Dieses Modul ist in drei Stufen verfügbar: Standard, Professional und Premium. Die leistungsstärkste Version bietet:
Zusätzlich bietet der Hersteller Erweiterungen zu SolidWorks Simulation an, von Strömungssimulationen über Kunststoffpakete bis hin zu spezialisierten Lösungen. So ermöglichen die Module Electronics Cooling und Sustainability eine umfassende Validierung Ihres Designs. Alle diese Funktionen sind direkt in die 3D-CAD-Software integriert.
Zur Steigerung der FEA-Fähigkeiten bietet Dassault Systèmes SolidWorks zudem ABAQUS über den Simulia Structural Simulation Designer an – eine spezialisierte FEA-Software mit hoher Kompatibilität zur CAD-Oberfläche.
Solid Edge ist ein umfassendes Portfolio an Produktentwicklungstools von Siemens. Das bekannte deutsche Unternehmen bietet Lösungen für mechanische und elektrische Konstruktion, Simulation, Fertigung, technische Dokumentation, Datenmanagement und vieles mehr.
In der neuesten Solid Edge-Version finden sich zahlreiche neue Funktionen. Dazu gehören fortschrittliche Technologien wie Augmented Reality und die Möglichkeit, den gesamten Design-to-Manufacturing-Prozess zu digitalisieren.
Ein weiteres herausragendes Merkmal ist die Optimierung sowohl für die additive als auch für die subtraktive Fertigung. Verschiedene Fertigungsprozesse können definiert und ausgeführt werden, darunter:
Letzteres ist angesichts der Fortschritte im 3D-Druck eine wertvolle Ergänzung.
Solid Edge bietet Simulationstools in drei Ausbaustufen: Solid Edge Premium, Solid Edge Simulation und Solid Edge Simulation Advanced. Die skalierbare Simulation ermöglicht es dem Anwender, Bauteile, Baugruppen und komplette Systeme digital zu validieren und zu optimieren – und das bereits früh im Entwicklungsprozess, um den Bedarf an Rapid Prototyping zu reduzieren sowie Zeit und Kosten zu sparen.
Die FEA-Funktionen von Solid Edge umfassen die Simulation einzelner Teile, Baugruppenanalysen und Strömungssimulationen (CFD). Mit dieser CAD- und Finite-Elemente-Analyse-Software können Sie:
Alle Optionen basieren auf bewährtem Femap-Finite-Elemente-Modellieren und der NX Nastran-Solvertechnologie.
Creo ist eine weitere bekannte Marke in der Konstruktions- und Ingenieurwelt. Ihre 3D-CAD- und Finite-Elemente-Analyse-Software ist ein ernstzunehmender Wettbewerber für die großen Anbieter.
Creo bietet skalierbare 3D-CAD-Produktentwicklungspakete und -Tools. Diese umfassen Konstruktion und Modellierung, Simulation und Analyse, Augmented Reality sowie additive Fertigung.
Neben den 3D-Konstruktionsmöglichkeiten, die Sie von jeder Software erwarten, bietet Creo auch Features für wissensbasierte Konstruktion. Über die Smart Connected Design-Funktion können Sie reale Nutzungsdaten in die Entwicklung einbeziehen.
Die FEA-Fähigkeiten von Creo wurden kontinuierlich ausgebaut. In der neuesten Version wurde CFD mit der Creo Flow Analysis Extension ergänzt. Ein weiteres Highlight ist das Creo Simulation Live-Tool, das sofortige Rückmeldungen direkt in der Konstruktionsumgebung liefert.
Creo Simulation Live ist besonders hervorzuheben, da es strukturelle, thermische und modale Analysen direkt in die Hände der Konstrukteure legt. Es ist möglich, Simulationen ohne Meshing oder Modellvereinfachung durchzuführen.
Diese Technologie wurde in Zusammenarbeit mit ANSYS, einem der führenden Anbieter von Ingenieurssoftware, entwickelt. Dadurch hat Creo seine Glaubwürdigkeit und Zuverlässigkeit auf dem Markt weiter gestärkt.
Mit Creo 6.0 können Sie folgende Analysen durchführen:
Diese Möglichkeiten machen Creo zu einer ausgezeichneten Wahl als umfassende 3D-CAD- und Finite-Elemente-Analyse-Software.
Es ist wichtig zu erwähnen, dass es sehr leistungsfähige und spezialisierte Finite-Elemente-Analyse-Programme wie ANSYS gibt. Sie ermöglichen Analysen in noch komplexeren und spezifischeren ingenieurtechnischen Anwendungsbereichen. Allerdings eignen sich solche Programme nicht als eigenständige CAD-Lösung und müssen daher parallel zu den zuvor genannten Programmen verwendet werden.
Sind Sie Student, Lehrkraft oder Kleinunternehmer, können Sie häufig von Sonderangeboten profitieren. Manche Programme sind sogar für Lernzwecke kostenlos erhältlich. Nutzen Sie diese Gelegenheit, um die passende Lösung für sich zu finden.
