De 3 belangrijkste factoren voor een goede simulatie

Als je een onderdeel of een compleet product ontwerpt, doe je dat natuurlijk met in je achterhoofd het beoogde gebruik. Bijgevolg moet je ontwerp, wanneer het eenmaal in productie gaat, voldoen aan een aantal vereisten. Ontwerp je in SOLIDWORKS bijvoorbeeld een draagarm dan wil je zeker zijn dat die niet zo maar doorbuigt. Of als je een complexe samenstelling van een luchtinstallatie modelleert, is het de bedoeling dat die een bepaald debiet realiseert.

Natuurlijk kun je je ontwerp baseren op aannames of complexe berekeningen in Excel, maar je kunt er ook voor kiezen de werkelijkheid accuraat te simuleren met SOLIDWORKS. Op die manier krijg je zekerheid over je ontwerp en vermijd je dure iteraties.

Simulatie is het nabootsen van de werkelijkheid. Omdat de werkelijkheid behoorlijk complex kan zijn, kan je met SOLIDWORKS Simulation een model van de werkelijkheid maken. Dit stelt je in staat je ontwerp virtueel en realistisch te testen zonder dat je een duur fysiek prototype hoeft te hebben.

In deze blog behandelen we de 3 belangrijkste factoren voor een goede simulatie. Vereenvoudiging, toelaatbaarheid en toetsing

1 Vereenvoudiging: Wat laat je weg?

In Wikipedia staat dat een computersimulatie een simulatie is waarbij je een deel van de werkelijkheid nabootst met een model in een computerprogramma. Versimpeling helpt om de werkelijkheid berekenbaar te maken, maar te veel weglaten geeft onrealistische resultaten. Om een berekening te vereenvoudigen worden bepaalde aannames gemaakt. Ik zal er een aantal noemen.

De omgeving

De directe omgeving van je ontwerp wordt weggelaten of vereenvoudigd. Met behulp van inklemmingen, opleggingen en belastingen kun je invloeden van de omgeving op je model in SOLIDWORKS Simulation nabootsen. Zorg ervoor dat deze elementen de omgeving zo goed mogelijk vertegenwoordigen.

Voorbeeld: ventilator

In stromingssimulatie wordt de omgeving vaak gereduceerd tot de essentie: in- of uitgaande stroomsnelheden of tegendruk. Bijvoorbeeld: bij ventilatoren is de luchtstroom niet constant en wordt deze beïnvloed door de tegendruk. Gebruik hiervoor een ventilator met een correcte ‘Fan-curve’.

Geometrie

Bij een sterkteberekening wordt geometrie vaak vereenvoudigd. Dat is nodig voor een succesvolle simulatie, maar je moet er niet te ver in gaan. Door bepaalde vormen in een model weg te laten (zoals afrondingen of lassen) kun je onrealistische spanningen berekenen en zijn de resultaten onbetrouwbaar.

Materiaaleigenschappen

Materiaaleigenschappen zoals homogeniteit, elasticiteit en dergelijke zijn vaak al een vereenvoudiging. Materiaal in de echte wereld voldoet niet precies aan de definities die je in SOLIDWORKS gebruikt. Vervuilingen of oneffenheden in het materiaal zijn lastig te modelleren. SOLIDWORKS gaat daarom uit van een homogeen materiaal en ‘gladde’ CAD-geometrie. Gebruik hiervoor een verhoogde veiligheidsfactor.

Voorbeeld: paperclip

De aanname dat staal zich lineair elastisch gedraagt is afhankelijk van de mate van belasting. Een paperclip buigt ook alleen maar terug wanneer je hem niet ‘te ver’ uitbuigt.

2 Toelaatbaarheid: wanneer faalt je ontwerp?

Om je ontwerp effectief te testen in SOLIDWORKS Simulation moet je weten wat wel en niet toelaatbaar is. Niet-toelaatbaar gedrag wordt ook wel het faalgedrag genoemd. Door middel van simulatie vind je het punt waarop je ontwerp niet meer voldoet. Voor de zekerheid neem je hier wat extra marge omdat je niet wilt dat je ontwerp op het randje zit. Je voorziet een veiligheidsmarge. Maar wat voor vormen van faalgedrag zijn er? Ik splits ze hieronder even uit.

Sterkeberekeningen

Permanente vervorming

Vaak is het voldoende om te controleren of het materiaal geen permanente vervorming oploopt. Bij staal moet hiervoor de spanning onder de zogenaamde vloeigrens blijven van je materiaal.

Te grote vervorming

In sommige gevallen is er nog lang geen sprake van permanente schade, maar kan een mechanisme niet functioneren als er een te grote doorbuiging is (wat bijvoorbeeld het vastlopen van een geleiding kan veroorzaken).

Vermoeiingsbreuk

Een belasting kan bij eenmalige belastingscyclus geen permanente schade aanrichten, maar door deze belastingscyclus te herhalen kan een zogenaamde vermoeiingsbreuk ontstaan. Hiervoor heb je naast een spanningsberekening ook een vermoeiingsberekening nodig.

Stromingsberekeningen

Drukval

Een stromingsontwerp van bijvoorbeeld een afsluiter of luchtkanaal kan voor te veel weerstand zorgen. Met SOLIDWORKS Flow Simulation kan je toetsen of je ontwerp een acceptabele drukval heeft. Indien deze te groot is, is dat een vorm van faalgedrag en zal je je ontwerp moeten aanpassen.

Cavitatie

Stroming kan een onderdruk veroorzaken, waardoor cavitatie-schade kan ontstaan. Dit kan voor komen bij pompen of hogedrukreinigers bijvoorbeeld wanneer de waterdruk te laag is. Door je ontwerp aan te passen kun je cavitatie schade vermijden.

Oververhitting

Leg vast wat de maximaal toelaatbare temperatuur is van warmte genererende componenten zodat je de juiste koeling kiest.

3 Toetsing: Wat betekenen deze resultaten?

Je hebt je ontwerp getest door middel van sterkteberekeningen, stromingsberekeningen of andere functies van SOLIDWORKS Simulation. Maar wat betekenen deze uitkomsten? Wat kun je ermee?

Vergelijk met de praktijk

Rubbish in is rubbish out, dus controleer altijd alle materiaalgegevens en belastingswaardes.
Het heeft geen zin om tot 1 procent nauwkeurig te berekenen wanneer de ingevoerde data niet klopt. Indien mogelijk: vergelijk de resultaten met gegevens uit testen uit de praktijk.

Gebruik je ‘boerenverstand’

Als het simulatie-resultaat onlogische vervorming of gedrag laat zien, bijvoorbeeld dat het vastzit op plekken waar het kan schuiven of kan loslaten: pas je simulatie aan want dan klopt er waarschijnlijk iets niet aan de inputgegevens.

Voorbeeld: Deformed results

Gebruik de ‘Deformed results’ optie om de kleine verplaatsingen te overdrijven zodat je vreemde bewegingen makkelijker kunt opmerken.

Wat raden we aan?

Wanneer je rekening houdt met deze drie belangrijke factoren kan iedere ontwerper met Simulation een beter en betrouwbaarder ontwerp maken in SOLIDWORKS. Om de nauwkeurigheid van de simulaties zo groot mogelijk te maken, raden we je sterk aan om een Simulation training te volgen. In deze training leer hoe je optimaal berekeningen opzet, hoe je de resultaten interpreteert en hoe je daardoor je ontwerp kunt verbeteren nog voordat je een fysiek prototype hebt.

De investering in SOLIDWORKS Simulation betaalt zich over het algemeen al vrij snel terug, omdat je het aantal fysieke tests, prototypes en iteraties drastisch kan terugschroeven. Bovendien verkort je daardoor je ontwikkelingscyclus waardoor je beter producten sneller op de markt kan brengen.

Ben jij overtuigd?

Het kan even een drempel zijn om met een geavanceerde oplossing als SOLIDWORKS Simulation aan de slag te gaan. Klanten die de sprong hebben gewaagd, zijn er zeer over te spreken en ervaren de voordelen ervan. Om je te helpen de juiste keuze te maken, verkennen onze technische experts graag samen met jou wat de mogelijkheden zijn en wat er komt kijken bij de implementatie van SOLIDWORKS Simulation. Neem gerust vrijblijvend contact met ons op.