Wat zijn de stappen van een FEM-analyse?
Een FEM-analyse volgt een gestructureerd proces, bestaande uit meerdere stappen: van het opstellen en vereenvoudigen van het model, het toewijzen van materialen en belastingen, tot het genereren van de mesh en uitvoeren van de berekening. De resultaten worden vervolgens geïnterpreteerd en waar nodig gebruikt voor optimalisatie. Zo ontstaat een betrouwbaar en efficiënt onderbouwd ontwerp.
Wat zijn de stappen van een FEM-analyse?
Een FEM-analyse verloopt volgens een gestructureerd proces dat bestaat uit meerdere technische stappen. Elke stap draagt bij aan de betrouwbaarheid en nauwkeurigheid van het uiteindelijke resultaat. Of het nu gaat om een eenvoudige constructieberekening of een geavanceerde vermoeiingsanalyse, de opbouw van het proces is in de basis steeds hetzelfde. Hieronder leggen we uit wat de belangrijkste stappen zijn binnen een FEM-analyse.
1. Opstellen van het model
De eerste stap is het opbouwen van een driedimensionaal model van het object of de constructie die moet worden doorgerekend. Dit model kan worden aangeleverd als CAD-bestand (bijvoorbeeld STEP of IGES), of in overleg worden opgesteld. Het is belangrijk dat het model representatief is voor de werkelijkheid, zowel qua geometrie als detaillering.
In alle gevallen worden er aanpassingen en vereenvoudigingen aangebracht. Een CAD-bestand is namelijk ontwikkeld met het oog op productie en niet voor FEM-berekeningen. Daardoor bevat het vaak details die voor de sterkteberekening niet relevant zijn, zoals openingen tussen onderdelen of kleine bevestigingsmaterialen.
In een FEM-model moeten alle onderdelen die in werkelijkheid contact maken ook in het 2D- of 3D-model aansluiten, anders wordt er geen kracht overgedragen. Ook worden onderdelen die geen invloed hebben op de constructieve sterkte verwijderd en worden complexe vormen vereenvoudigd, bijvoorbeeld bij bouten of patronen. Op deze manier blijft de rekentijd beperkt zonder dat de betrouwbaarheid van de uitkomst wordt aangetast.
2. Materialen en eigenschappen toewijzen
Na het opstellen van het geometrische model worden de juiste materiaaleigenschappen toegekend aan elk onderdeel. Denk aan eigenschappen zoals elasticiteitsmodulus, dichtheid, treksterkte of thermische uitzettingscoëfficiënt. De kwaliteit van deze data is van grote invloed op de betrouwbaarheid van de analyse.
Bij samengestelde modellen kunnen meerdere materialen worden gecombineerd, zoals staal in combinatie met kunststof, composiet of rubber.
3. Definiëren van belastingen en randvoorwaarden
In deze stap worden de externe invloeden toegevoegd aan het model. Dit zijn onder andere:
- Krachten of momenten
- Drukbelasting of contactbelasting
- Temperatuursinvloeden
- Bewegingsvrijheid (vaste punten, scharnieren, glijdende delen)
De randvoorwaarden bepalen hoe het model zich mag vervormen of bewegen. Deze stap is essentieel, omdat een onjuist gedefinieerde belasting of begrenzing leidt tot foutieve uitkomsten.
4. Mesh genereren (verdeling in elementen)
De vierde stap is het genereren van de zogenoemde mesh. Hierbij wordt het model opgedeeld in duizenden kleine elementen (finite elements), meestal driehoekige of vierhoekige vlakken in 2D en tetraëders of hexaëders in 3D.
De fijnheid van de mesh bepaalt hoe nauwkeurig de berekening is. Een fijnere mesh levert gedetailleerde resultaten, maar vraagt ook meer rekentijd. In kritieke zones, zoals scherpe hoeken of bevestigingspunten, wordt vaak lokaal verfijnd om spanningspieken goed in beeld te brengen.
5. Uitvoeren van de berekening
Als het model compleet is en alle instellingen zijn ingevoerd, start de FEM-software met het uitvoeren van de berekening. De software analyseert hoe het model reageert op de opgegeven belastingen en beperkingen. Daarbij wordt onder andere berekend:
- Waar en hoe groot de spanningen zijn
- Hoe het model vervormt
- Welke gebieden over- of onderbelast zijn
- Of er kans is op doorbuiging, instabiliteit of materiaalbreuk
De rekentijd varieert van enkele minuten tot meerdere uren, afhankelijk van de complexiteit van het model en de gekozen nauwkeurigheid.
6. Interpreteren van de resultaten
Na het uitvoeren van de berekening worden de resultaten geëvalueerd. De software geeft visuele en numerieke output, waaronder spanningsvelden, verplaatsingen en veiligheidsfactoren. Het is belangrijk om deze gegevens correct te interpreteren.
Een FEM-specialist beoordeelt of de uitkomsten realistisch zijn, of er sprake is van overbelasting en welke ontwerp aanpassingen eventueel nodig zijn. Vaak wordt op basis van deze analyse een rapport opgesteld dat wordt gedeeld met de opdrachtgever.
7. Eventuele optimalisatie en herberekening
In veel gevallen leidt de eerste FEM-analyse tot verbeterpunten in het ontwerp. Denk aan het versterken van zwakke zones, het verlagen van het gewicht of het aanpassen van verbindingen. Na deze optimalisatie wordt het model aangepast en opnieuw doorgerekend.
Dit iteratieve proces zorgt ervoor dat het uiteindelijke ontwerp technisch optimaal is onderbouwd, met een goede balans tussen veiligheid, efficiëntie en kosten.
FEM-analyse laten uitvoeren?
HIH Engineering voert dagelijks FEM-analyses uit voor bedrijven in de industrie, machinebouw, offshore en bouw. Wij begeleiden onze klanten stap voor stap door het volledige analyseproces. Van het opstellen van het model tot een duidelijke interpretatie van de resultaten.
Vraag vandaag nog een vrijblijvende offerte aan of neem contact met ons op voor meer informatie.
Ga terug