Den Druck, im Bauwesen schneller verlässlichere Konstruktionen zu entwickeln, kennen viele Bauingenieure und Architekten. Entwicklungsteams können sich dabei entweder auf ihr akkumuliertes Wissen, ihre Intuition und Prototypentests verlassen, oder sie können auf moderne Simulationsmethoden setzen, um sichere, günstige und materialsparende Designs zu entwickeln.
Das Non-plus-ultra wäre hier die Möglichkeit, schnell auch mit frühen CAD-Entwürfen eine Abschätzung über Belastbarkeit und Funktion zu erhalten, die mit häufigen Iterationen zum besten Entwurf führen. Genau das ist mit SimSolid möglich.
Die Finite Elemente Methode (FEM) in der Baukonstruktion ist gut, aber …
Seit vielen Jahren ist FEM (Finite Elemente Methode), bzw. FEA (Finite Elemente Analyse) das Mittel der Wahl für Bauteilsimulationen. Dabei werden die Form und die Kräftebelastung in verschiedenen Teilen eines Bauteils mit Hilfe eines Netzes aus Teilflächen abgeschätzt. Je feiner das Netz desto genauer die Berechnung.
Jedoch wird damit auch die Dauer der Berechnung länger und die benötigte Rechnungsleistung höher. Außerdem erfordert das Erstellen eines solchen Netzes Zeit und Expertise. Expertise, die in einem kleinen Team vielleicht nicht vorhanden ist. Und Zeit, die kaum jemand noch hat.
Neuartige Simulation im Bauwesen
Mit SimSolid sind wir bei Altair deshalb einen anderen Weg gegangen. Wir haben uns von Grund auf neu überlegt, wie denn eine moderne Simulationssoftware für das Bauwesen bzw. für die Baukonstruktion aussehen soll:
- Schnell soll sie sein, aber auch einfach zu bedienen.
- Sie sollte mit Entwürfen in einem Format gefüttert werden können, dass nahezu universell ist.
- Sie sollte sowohl komplexe als auch ungenaue Entwürfe verarbeiten und belastbare Aussagen machen können.
- Sie sollte sowohl lineares als auch nicht-lineares Materialverhalten berücksichtigen.
- Sie sollte das Verhalten von vielen üblichen Materialien und Verbindungstypen kennen.
- Sie sollte sowohl einzelne Bauteile als auch komplexe Gebilde in wenigen Minuten berechnen können.
- Und zu guter Letzt sollte sie auf einem normalen Laptop laufen können.
SimSolid übernimmt Modelle direkt aus Ihrer CAD-Umgebung, wobei Geometrievereinfachung und Vernetzung entfallen. Sie wählen zuerst die Materialien aus einem Menü aus. Danach stellen Sie mit ein paar Klicks die Belastungen ein und in wenigen Sekunden erfolgt die Berechnung.
Schnelle und präzise Strukturanalyse in der Entwurfsphase einer Baukonstruktion
Für einen weiteren ähnlichen Entwurf müssen Sie im Folgenden aber kein weiteres Projekt erstellen. Stattdessen fügen Sie die veränderten Daten in die gleiche Baukonstruktion ein. SimSolid erkennt dabei die Ähnlichkeiten und wählt automatisch die richtigen Materialien und Belastungsflächen aus. Im Nu können Sie die beiden Entwürfe miteinander vergleichen und daraus Verbesserungen ableiten.
Ich kann Ihr „Ja-aber“ schon fast hören.
SimSolid verarbeitet Strukturmodelle jeder Größe, einschließlich solcher, die aus Hunderten von Teilen und Verbindungen bestehen.
Wir verstehen, dass die echte Welt im Bauwesen nichtlinear ist. Fassadensysteme sind, zum Beispiel, aufgrund ihrer komplexen Verbindungen durch Schrauben mit Vorspannung, Schweißlinien sowie den Kontakt- und Reibungseffekten zwischen Hunderten von Teilen traditionell schwierig zu simulieren. Nichtlinearen Materialeigenschaften, wie z.B. bei starken Biegungen und plastischen Verformungen, erschweren den Analyseprozess weiter.
Berücksichtigung aller relevanten Funktionen einer Baukonstruktion
SimSolid bietet in seinem Standard-Solver Paket alle für diese Analyse relevanten Funktionen. Gleich bei Beginn des Entwurfsprozesses einer Baukonstruktion können alle wesentlichen nichtlinearen Effekte berücksichtigt werden.
Für SimSolid haben wir die grundlegenden Konzepte der FEA weiterentwickelt. Besonders über die Freiheitsgrade (DOF – Degrees Of Freedom) haben wir uns Gedanken gemacht und diese neu konzipiert. Statt traditionelle punktweise DOF zu nehmen, sind Freiheitsgrade in SimSolid Funktionen auf geometrischer Basis von Volumina, Flächen, Linienwolken und Punktwolken.
Aufgrund dieser neuartigen Methode, Freiheitsgrade zu berechnen, können sowohl Fehler in der Geometrie des CAD-Modells als auch Montagekontaktfehler wie Lücken, Durchdringungen und unregelmäßige Kontaktbereiche behandelt werden.
Dass die Genauigkeit von SimSolid nichts zu wünschen übrig lässt, wurde von unabhängiger Stelle bestätig. NAFEMS, der International Associtation for Engenineering Modelling, hat in acht Benchmark-Versuchen die Ergebnisse von SimSolid mit traditionellen Methoden verglichen und die Genauigkeit bestätigt.
