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Numerische Modalanalyse – Weihnachts-Simulation 2021

von Tobias Vonstein | verfasst am 14. Dezember 2021 | in Simulationsmethoden | zuletzt geändert am 30. Juni 2022| 2 Kommentare

Eigenfrequenzen und Eigenmoden vom Lebkuchenmann Pfeffi

Für unsere diesjährige Weihnachtssimulation haben wir eine numerische Modalanalyse mit der FEM Freeware Salome Meca durchgeführt. Hierzu möchte ich Ihnen heute Pfeffi vorstellen. Pfeffi ist ein Lebkuchenmann, ist ca. 400 mm groß und besteht aus Aluminium (E=70.000N/mm²). Für unsere Weihnachts-Simulation konnten wir Pfeffi überreden sich einer numerischen Modalanalyse zu unterziehen. Zusatzmassen in seinen Armen und Beinen inspirieren Pfeffi zu nachfolgenden Eigenmoden:

  • Say-Yes-Mode: 397 Hz
  • Walk-Mode: 445 Hz
  • Run-Mode: 1.152 Hz
  • Say-No-Mode: 1.430 Hz
  • Dance-Mode: 1.963 Hz
  • Merry-Christmas-Mode: 2.129
  • Sports-Mode: 2.423 Hz

Die Moden werden im nachfolgenden Video nacheinander visualisiert:

Welcher von Pfeffi’s Eigenmoden gefällt Ihnen am besten? Schreiben Sie uns einen Kommentar! Haben Sie Lust auf eine eigene Weihnachts-Simulation? Gerne teilen wir Pfeffi’s Step-Datei und auch das zugehörige Simulationsmodell aus der kostenlosen FEM Software Salome Meca mit Ihnen! Schreiben Sie mir hierfür einfach eine Nachricht. Denken Sie daran: Andere Zusatzmassen führen zu anderen Moden. Vielleicht gelingen Ihnen ja noch lustigere Lebkuchenmann-Moden. Unsere Weihnachts-Simulation ist in Zusammenarbeit mit unseren Kooperationspartnern und guten Freunden von WS Produktentwicklung entstanden. Vielen Dank Mathis, dass du Pfeffi ein Leben als Virtueller Prototyp ermöglicht hast.

Numerische Modalanalyse mit der FEM Freeware Salome Meca (Code_Aster)

Das dynamische Verhalten von Bauteilen und Baugruppen verursacht in der industriellen Praxis häufig unangenehme Überraschungen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Baugruppen die in der Vergangenheit nur statisch belastet wurden aufeinmal mit dynamischen Belastungen beaufschlagt werden. Sollte das Bauteil hierbei in einer seiner Eigenfrequenz angeregt werden, erhöhen sich die Belastungen unerwartet stark. Das führt meistens zum Versagen des Bauteils und schädigt ggf. auch die umliegende Struktur. Beispielsweise können während eines Erdbebens die Oberflächenbewegungen einen Druck-Behälter in starke Schwingungen versetzen und so einen Schadensfall mit verherenden Konsequenzen verursachen. Zum Glück können die Eigenfrequenzen und Eigenmoden mit der numerischen Modalnanalyse, einem Verfahren auf Grundlage der Finite Elemente Methode, schon vor der ersten Realisierung am virtuellen Prototyp ermittelt werden. Mit der numerischen Modalanalyse können wir schnell und einfach sicherstellen, dass Baugruppen später im Betrieb nicht in Ihren Eigenfrequenzen angeregt werden und hierdurch in Resonanz gehen. Zusätzlich wird über die Eigenfrequenzberechnung geprüft ob für Festigkeitsnachweise von dynamisch belasteten Systemen mit statischen Ersatzlasten gearbeitet werden darf. Für die Umsetzung unserer Weihnachts-Simulation und für die numerische Modalanalyse im Allgemeinen verwenden wir die FEM Freeware Salome Meca mit dem Open-Source FE-Solver Code_Aster. Zusammen ergeben beide Software-Tools eine leistungsstarke Simulationsumgebung für die Strukturdynamik und viele weitere klassiche Anwendungen der Finite Elemente Analyse.

FEM Freeware hat den Vorteil, dass unsere Kunden und wir sie kostenfrei uneingeschränkt kommerziell nutzen dürfen. Also ohne Softwarelizenzkosten!

Mit diesem Gedanken gehen wir mit unserem Blog nun in die Weihnachts-Pause. Im neuen Jahr melden wir uns zurück mit einem Blog-Artikel über die Strömungssimulation und die Analyse von Fluid-Struktur-Interaktionen. Wir wünschen Ihnen schöne Weihnachtstage und dann einen guten Start ins neue Jahr.

Autor: <a href="https://vonstein-partner.de/author/tobias-vonstein/" target="_self">Tobias Vonstein</a>

Autor: Tobias Vonstein

Tobias Vonstein ist Maschinenbauingenieur und Experte für die Optimierung von Produkten und Fertigungsprozessen mit der numerischen Simulation. Er studierte und forschte an der Technischen Universität Dresden und der Fachhochschule Südwestfalen. In der Forschung hat er sich mit der Entwicklung eines Finiten-Elements zur Kopplung von Strukturbauteilen im Gesamtsimulationsmodell von Maschinen und Baugruppen entwickelt. In der Lehre war er in den Bereichen Ingenieurmathematik, Angewandte Mechanik und numerische Simulationsmethoden tätig. Er ist der festen Überzeugung, dass Simulation das entscheidende Werkzeug zur Entwicklung zukunftsweisender Produkte und Fertigungsprozesse und somit zur Wettbewerbsfähigkeit ist. Deshalb beschäftigt er sich seit vielen Jahren mit der Simulation Democratization, also der Frage: Wie können mehr Unternehmen und Individuen dazu befähigt werden, von Simulationstechnologie zu profitieren? Für ihn ist der konsequente Einsatz von Open-Source-Simulationssoftware hierfür der entscheidende Schlüssel zum Erfolg. Er selbst setzt seit 2012 für alle Simulationsprojekte die Open-Source-Simulationstools Code_Aster und Code_Saturne ein. Im Jahr 2012 hat er das Ingenieurbüro für numerische Simulatin gegründet um Mittelständler und Freiberufler bei der Einführung und dem Einsatz von Simulation in der Produktentwicklung zu unterstützen. Im Jahr 2016 wurde das Einzelunternehmen "Ingenieurbüro für numerische Simulation" mit Einstieg seiner heutigen Geschäftspartnerin Carina Wegener zur Partnerschaftsgesellschaft "Vonstein & Partner". Auf Grundlage seiner langjährigen Erfahrung hat er ein praxiserprobtes System hierfür entwickelt. Durch seine Arbeit leistet er einen wichtigen Beitrag zur Simulation Democratization in Deutschland, insbesondere in der grünen Industrieregion Südwestfalen. Um die Simulation Democratization weiter voranzutreiben hat er den Simulation Democratization Blog ins Leben gerufen. In seinen Artikeln zeigt er, wie das Potential der Simulation in der Produktentwicklung entfesselt werden kann. Er versorgt die Leser mit kostenfreien Artikeln, die Ihnen den erfolgreichen Einstieg in die Simulation erleichtern. Zusätzlich teilt er sein umfangreiches Simulations-Know-How und informiert über die unschlagbaren Vorteile von Open-Source-Simulationssoftware.

2 Kommentare

  1. Hallo Herr Vonstein,
    das gefällt mir sehr, das ist in diesem Jahr mein Lieblingsweihnachtsvideo. Vielen Dank für diesen Lichtblick.
    Beste Grüße
    Oliver Gossel

    Antworten
    • Hallo Herr Gossel,
      es freut mich sehr zu hören, dass unsere Weihnachts-Simulation es geschafft, hat Ihr Lieblingsweihnachtsvideo zu werden. Anscheinend sind Sie genauso begeistert von unserem virtuellen Pfeffi wie ich. Ich bin mir jetzt schon sicher, dass es im Dezember 2022 ein Pfeffi-Upgrade geben wird. Wahrscheinlich werden optimierte Zusatzmassen in den Armen und Beinen in noch lustigeren Eigenmoden resultieren.
      Ich wünsche Ihnen schöne Weihnachtstage und dann einen guten Start ins neue Jahr.

      Viele Grüße,
      Tobias Vonstein

      Antworten

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