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Mikromechanik-Simulation
Auf CT-Daten
Mikromechanik-Simulation
Simulation komplexer Materialien
Leichtbau hat zu einem verstärkten Einsatz von Materialien mit komplexen Mikrostrukturen wie porösen Metallen oder Keramiken, 3D-gedruckten Gitterstrukturen oder Metall-Metall-Laminaten geführt. Als Folge steigt der Bedarf an Mikromechanik-Materialsimulation zur Bestimmung ihrer effektiven mechanischen Eigenschaften.
Simulation von Bauteilen mit Defekten
Die Leichtbauweise begünstigt optimierte, komplexe Bauteilformen, die nur durch 3D-Druck, Guss oder Spritzguss hergestellt werden können. Ihre mechanischen Eigenschaften können empfindlich auf unerwünschte mikrostrukturelle Eigenschaften wie z.B. Porosität reagieren, welche diesen Herstellungsverfahren innewohnen. Da es keine einfachen Regeln zur Quantifizierung dieser Abhängigkeit gibt, ist der Einsatz numerischer Mikromechanik erforderlich.
Die Herausforderung: Über die Leistungsgrenzen der Volumenvernetzung hinauszugehen
Eine Anwendung der klassischen FEM-Simulation auf solche Mikroskala-Simulationen würde ein geometriekonformes Netz mit einer hohen Anzahl sehr kleiner Zellen erfordern, um die komplexe Materialstruktur oder die einzelnen Poren im Detail darzustellen. Der Aufwand für die Netzgenerierung und die Simulationsrechnung kann jedoch schnell unverhältnismäßig hoch werden.
Die Volume Graphics Lösung: Spannungssimulation direkt auf CT-Scans – Keine Volumenvernetzung erforderlich!
Immersed-Boundary-Methoden helfen, dieses Vernetzungsproblem zu überwinden. Das Modul Strukturmechanik-Simulation von VGSTUDIO MAX verwendet eine Immersed-Boundary-Methode zur Mikroskala-Simulation von Spannungsverteilungen direkt auf CT-Scans. Diese CT-Scans bilden die komplexen Materialstrukturen und Defekte exakt ab.
Vorteile
Volume Graphics bietet Ihnen eine validierte Lösung, um realistische mikromechanische Simulationen mit geringem Aufwand durchzuführen:
Geringer Aufwand
- Keine Volumenvernetzung erforderlich
- Keine Simulationskenntnisse erforderlich
- Nahtloser Workflow in einer Software – von der Materialsegmentierung über die Fehlererkennung bis zur Simulation
Realistisch
- Alle mikrostrukturellen Details werden durch eine subvoxelgenaue Materialsegmentierung erfasst
- Simulierte Spannungen können in direkten Zusammenhang mit dem darunter liegenden Materialgefüge gebracht werden (z.B. Größe, Lage und Form der Poren oder Dicke der Stege in offenzelligen Schäumen)
Validiert
- Vorhergesagte Bruchstellen und Zugfestigkeiten in experimentellen Zugversuchen an 3D-Druck-Bauteilen mit Poren validiert
- Effektive elastische Eigenschaften eines kubischen Gitters gegen eine konventionelle FEM-Simulation validiert
Zugehörige Produkte
Weitere Informationen
- Predicting Failure in Additively Manufactured Parts Using X-Ray Computed Tomography and Simulation (Peer Reviewed Paper, 7th International Conference on Fatigue Design 2017)
- Virtual Stress Tests Directly on CT Scans (Technical Paper, Asia Pacific Conference on Non-Destructive Testing 2017)
- Simulation of the Stress Concentration Around Pores in 3D Printed Components (Presentation, NAFEMS DACH Conference 2018)
- Micromechanics Simulation Directly on CT Scans (Presentation, CAASE18 – The Conference on Advancing Analysis & Simulation in Engineering)
- Digital Engineering interviews Volume Graphics at CAASE 18 (Video)
- Simulation of Material Properties Directly on CT Scans (Presentation, 3DMS – The 4th International Congress on 3D Materials Science 2018)
- Simulation of the Notching Effect of Pores in 3D Printed Components (Technical Paper, CAMX 2018 - The Composites and Advanced Materials Expo)
- Accurate and Efficient Simulation of Real Pore Geometries Directly on CT Images (White Paper)