Die Festigkeitsberechnung ist ein unverzichtbarer Schritt in der modernen Produktentwicklung. Traditionell war dies jedoch ein umständlicher Prozess: CAD-Modelle mussten exportiert, in eine separate Simulationssoftware importiert und dort aufwendig analysiert werden. Änderungen bedeuteten, den gesamten Kreislauf zu wiederholen. Cloud-native CAD-Plattformen wie Onshape brechen diesen alten Workflow auf und integrieren die FEM-Analyse (Finite-Elemente-Methode) direkt in die Konstruktionsumgebung.
Was ist eine FEM-Analyse eigentlich?
Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ist ein numerisches Verfahren zur Lösung komplexer physikalischer Probleme. In der Konstruktion wird sie vor allem für die Strukturanalyse eingesetzt. Ein Bauteil wird dabei virtuell in ein Netz aus vielen kleinen Elementen (den “finiten Elementen”) zerlegt.
Mithilfe der FEM können Ingenieure simulieren, wie sich ein Bauteil unter realen Bedingungen verhält, zum Beispiel unter Druck, Zug oder Vibration. Die Ergebnisse zeigen:
- Spannungen: Wo sind die kritischen Bereiche, die versagen könnten?
- Verformungen: Wie stark biegt oder verformt sich das Bauteil?
- Sicherheitsfaktoren: Hält die Konstruktion den Belastungen stand?
Diese Analyse ist entscheidend, um die Langlebigkeit, Sicherheit und Effizienz eines Produkts sicherzustellen.
Die Vorteile der integrierten Simulation in Onshape
Die direkte Integration der FEM-Analyse in Onshape bietet entscheidende Vorteile, die den gesamten Entwicklungsprozess beschleunigen.
1. Nahtloser Workflow
Der größte Vorteil ist der Wegfall des Medienbruchs. Sie müssen Onshape nicht verlassen, um eine Festigkeitsberechnung durchzuführen. Es gibt kein Exportieren von STEP-Dateien und kein Re-Importieren nach einer Designänderung. Jede Anpassung am Modell kann sofort und ohne Umwege erneut simuliert werden.
2. Schnellere Iterationen
Da die Simulation direkt im CAD-Tool verfügbar ist, können Konstrukteure frühzeitig und häufig testen. Sie können in wenigen Minuten verschiedene Designvarianten, Materialien oder Lastfälle durchspielen und datengestützte Entscheidungen treffen. Das Ergebnis ist ein optimiertes Bauteil in einem Bruchteil der Zeit.
3. Verbesserte Zusammenarbeit
In Onshape sind CAD-Modell und Simulationsergebnisse Teil desselben Datensatzes in der Cloud. Das gesamte Team hat jederzeit Zugriff auf die aktuellsten Ergebnisse. Ein Kollege kann die Simulationsergebnisse prüfen, während ein anderer bereits die nächste Design-Iteration vorbereitet – alles im selben Dokument.
4. Kosteneffizienz
Durch frühzeitige virtuelle Tests wird der Bedarf an teuren physischen Prototypen drastisch reduziert. Potenzielle Schwachstellen werden bereits in der digitalen Phase erkannt und behoben, was kostspielige Fehler in späteren Phasen der Produktion verhindert.
Eine einfache Festigkeitsberechnung in Onshape: Schritt für Schritt
Obwohl die Technologie komplex ist, hat Onshape den Prozess bemerkenswert einfach gestaltet:
- Materialzuweisung: Weisen Sie Ihrem Bauteil ein Material aus der integrierten Bibliothek zu (z.B. Stahl, Aluminium, Kunststoff).
- Fixierungen definieren: Legen Sie fest, wo das Bauteil fixiert ist. Dies simuliert beispielsweise eine Verschraubung oder eine feste Einspannung.
- Lasten anwenden: Definieren Sie die Kräfte, die auf das Bauteil wirken. Das kann eine einfache Kraft an einem Punkt oder ein Druck auf einer Fläche sein.
- Analyse und Auswertung: Starten Sie die Simulation. Nach kurzer Zeit visualisiert Onshape die Ergebnisse direkt am 3D-Modell. Sie können sich Spannungs-Hotspots, Verformungen und Sicherheitsfaktoren farblich anzeigen lassen und fundierte Optimierungen vornehmen.
Fazit: Simulation als Teil des Designs
Tools wie die integrierte FEM-Analyse in Onshape demokratisieren die Simulation. Sie ist nicht länger das alleinige Werkzeug von Spezialisten, sondern wird zu einem integralen Bestandteil des täglichen Konstruktionsprozesses. Indem Sie Festigkeitsberechnungen frühzeitig und kontinuierlich durchführen, entwerfen Sie nicht nur schneller, sondern auch bessere, sicherere und effizientere Produkte.