SimSolid ook te gebruiken voor geluid- en trillingsbelastingen
De bouw- en infrasector staat onder toenemende druk om sneller projecten te realiseren. Daarom is het belangrijk te kijken naar elke kans om de doorlooptijd te verkorten. Een interessante mogelijkheid daartoe is afkomstig uit de maakindustrie, namelijk de tijdsbesparing die ‘meshloos’ analyseren en simuleren oplevert. Wat zijn de voordelen en toepassingsmogelijkheden van deze software voor de bouw- en infrasector?
Door de redactie
Constructeurs en ingenieurs berekenen al decennia met de eindige-elementenmethode of constructies sterk genoeg zijn voor de beoogde toepassing. EEM, of op z’n Engels afgekort als FEM (Finite Element Method), is een rekenmethode waarbij de constructie in een groot aantal elementen wordt verdeeld (meshen), die aan elkaar alle voorkomende krachten overdragen. Dat krachtenspel wordt met partiële differentiaalvergelijkingen en integraalvergelijkingen geanalyseerd. Naarmate de constructeur een fijnmaziger elementenverdeling gebruikt, wordt de uitkomst nauwkeuriger.
De keerzijde daarvan is echter dat het modelleren en analyseren veel langer duurt. Verder kunnen fouten in de elementenmodellering tot verkeerde uitkomsten leiden, met in het ergste geval destructieve gevolgen. Gelukkig is er al decennia software beschikbaar die constructeurs steeds beter ondersteunt bij het modelleren van de elementenverdeling en interpreteren van de uitkomsten. Sinds kort maakt Altair SimSolid-software de vaak complexe FEM-analyses zowel eenvoudiger als sneller, door het ‘meshen’ van 3D-modellen overbodig te maken.
‘External Approximations’
SimSolid is gebaseerd op nog vrij onbekende wiskundige algoritmen voor uitbreidingen van de theorie van ‘External Approximations’. De basis hiervoor is echter uitgebreid onderzocht, doorontwikkeld en in de software van Altair geïmplementeerd. Deze nieuwe rekenmethode controleert de nauwkeurigheid van een model met behulp van meervoudige adaptieve analyses, waardoor het programma efficiënt werkt. Met als belangrijkste voordeel dat grote en complexe structurele simulaties vele malen sneller zijn door te rekenen, zelfs op eenvoudige laptops. SimSolid ondersteunt lineair statische, modaal, niet-lineair statisch (geometrie en materiaal), thermisch, thermische stress en lineair dynamische analyses. Daarbij zijn 3D CAD-modellen van de meest gangbare programma’s zonder conversie in te lezen, of via de neutrale ACIS, STEP, Parasolid, STL en enkele andere formaten. Dankzij die importmogelijkheden hoeft ook het simulatiemodel niet meer te worden vereenvoudigd.
FEM-concepten
Als specialist op het gebied van analyse- en simulatiesoftware heeft Altair de belangrijkste basisconcepten van FEM voor SimSolid doorontwikkeld, zoals de mogelijke vrijheidsgraden. In plaats van de traditioneel gebruikte punt- en lijnverbindingen zijn nu ook volumes, oppervlakken, lijn- en puntwolken te gebruiken. Daardoor ontstaat tevens de mogelijkheid om geometriefouten in het CAD-model te verbeteren, zoals de doorboringen en onregelmatige contactvlakken. Maar ook het analyseren van complexe verbindingen met voorgespannen bouten, lassen en wrijvingseffecten tussen honderden onderdelen, zoals bij gevelsystemen voorkomen, of flinke buigingen en plastische vervormingen. Het NAFEMS, de International Association Engineering Modelling, heeft als onafhankelijke organisatie de analyseresultaten van SimSolid vergeleken met traditionele FEM-analysemethoden in acht benchmarkproeven en de nauwkeurigheid van de analysemethode bevestigd.
Bouwkundige constructies
Altair SimSolid vertaalt elk onderdeel van een constructie of bouwkundig product op basis van de exacte 3D CAD-geometrie naar een wiskundige polynoom. De benodigde analysenauwkeurigheid wordt bereikt door deze zelf instelbare geometrieverfijning automatisch door de software aan te laten passen. Deze werkwijze is toepasbaar voor een groot aantal bouwkundige structuren en typen verbindingen, waaronder bouten en lassen. Ingenieursbureau Vierhout Engineering in Hengelo gebruikt het programma al enkele jaren om voor opdrachtgevers te controleren of een constructie voldoet aan de normen. “In vergelijking met andere FEM/FEA-software analyseert en simuleert SimSolid complete constructies op een nauwkeurige wijze”, zegt Evert Vierhout. “Het programma maakt de resultaten gedetailleerd inzichtelijk in een 3D-model, inclusief alle materiaalspanningen, modale frequenties en reactiekrachten van de funderingen. Voor ons verbetert deze simulatiesoftware de efficiency en doorlooptijd ten opzichte van traditionele FEM/FEA-analyses aanzienlijk.”
Geluid- en trillingsbelastingen
Behalve het al beschreven analyseren, simuleren en valideren van bouwkundige en civieltechnische constructies op sterkte, is SimSolid ook te gebruiken voor het analyseren van geluid- en trillingsbelastingen. De eerste praktijkervaringen daarmee door een ingenieursbureau en fabrikant van bouwproducten in België hebben al geresulteerd in vele uren en zelfs dagen aan tijdsbesparing, omdat de berekeningen voortaan binnen enkele minuten klaar zijn. Door de innovatieve simulatiesoftware ontwerpondersteunend toe te passen is het zowel mogelijk sneller varianten te analyseren en te vergelijken, als sneller goed onderbouwde ontwerpbeslissingen te nemen. Het programma bevat namelijk ook uitgebreide functies voor het vergelijken van ontwerpvarianten, post-processing en rapportages, die het gebruik ervan vereenvoudigen en versnellen. Na decennia incrementeel verbeteren van FEM-analyses en daarop gebaseerde software, heeft Altair een grote stap gezet in het vereenvoudigen en versnellen van FEM-analyses voor constructeurs en ontwerpers.
