Aerofem GmbH: «Rien ne va plus» ... ohne Simulation

>> Simulation ist zwar kein Roulette, kann aber Unternehmen helfen, eine Menge Geld einzusparen. Bei der Produktentwicklung «in time» und «on cost» ist moderne Simulationstechnologie unverzichtbar geworden. Die Aerofem GmbH ist kompetenter Partner von Siemens PLM Software und bietet für diverse Industriebereiche Engineering-Dienstleistungen an.

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mei. Die Partner Arne Vollan, Patrice Verdan und Jörg Spichtig konnten bereits zum Gründungszeitpunkt der Aerofem GmbH über eine zwischen 10- und 30-jährige Berufserfahrung im Flugzeugbau vorweisen. Seit nunmehr neun Jahren konzentriert sich der Simulationsspezialist aus Ennetbürgen in Nidwalden dementsprechend primär auf Aerospace, Windenergie und «Transportation». Stahlbau, Maschinenbau und Medizintechnik runden das Angebot ab.

Flatterberechnungen an Flugzeugen

Parallel zu den beiden Hauptsegmenten der numerischen Simulation (FEM-Analyse) und der Strukturanalyse hat sich in den letzten Jahren die Entwurfs- und CAD-Konstruktion hinzu entwickelt. Mit nun neun hochqualifizierten Ingenieuren ist Aerofem in der Lage, komplexe und umfangreiche Projekte von Entwurf bis zu Zulassung und Serienreife zu bearbeiten. Konstruktionsdaten, Berechnungen, Zulassungsdokumente sowie Fertigungsunterlagen werden bei solchen Projekten vollumfänglich erstellt. Bei grösseren Projekten sind meist auch Entwicklungs- und Zulassungstests Bestandteil. Abhängig von der Komplexität solcher Tests wird dabei mit spezialisierten Testinstituten zusammengearbeitet.

Die Disziplinen Strukturdynamik, Aeroelastik und Rotordynamik gehören zu den Spezialgebieten von Aerofem und erfordern ein exzellentes Verständnis in Physik und Mathematik und diesbezüglich Mitarbeiter mit grosser Berufserfahrung. Dank ihrem Ausbildungs- und Erfahrungshintergrund konnten für diverse Flugzeughersteller im In- und Ausland Flatterberechnungen von Neukonstruktionen durchgeführt werden: Als prominentestes Projekt darf Solar Impulse genannt werden.

Rotordynamische Analysen an Windturbinen

Grosse Windturbinen müssen ebenfalls auf ihre dynamische Stabilität untersucht werden. Windrotoren weisen gegenüber dem Flattern der Flugzeuge ähnliche Phänomene auf, die beim Auftreten zur Zerstörung der Anlage führen können. Einige der weltgrössten Installationen der letzten Jahre wurden durch Aerofem in Zusammenarbeit mit den Herstellern nachgerechnet. Der notwendige Analyse-Code (Rotordynamik) der führenden Software «NX Nastran» wurde durch die Nidwaldner entwickelt und gewartet. Die ebenfalls von Aerofem entwickelte Software «Garos» ist ein Stand-Alone-Code für rotordynamische Analysen.

Die im Flugzeugbau erworbenen Leichtbaukenntnisse können gleichermassen im Bereich Transportation angewendet werden, die Aufgabenstellungen beider Disziplinen sind sehr ähnlich. Vergnügungsbahnen und leichte Transportsysteme (Monorails) gehören daher ebenfalls zum regelmässigen Aufgabenumfang des Unternehmens.

Softwareentwicklung und Vertrieb

Als Softwarepartner von Siemens PLM Software legt Aerofem grossen Wert auf die Anwendungskompetenz der Software-Tools. Der tägliche Einsatz von NX Nastran (Siemens PLM Software) und «Femap» in der Projektarbeit garantiert ein exzellentes Support-Know-how, das weit über das übliche Niveau hinausgeht. Der Anwender erhält nicht bloss Unterstützung zur Bedienung, sondern genauso Hilfestellung für die korrekte und sinnvolle Modellierung und Auswertung seiner Aufgaben.

Neben dem Dienstleistungsangebot entwickelt Aerofem Softwarepakete für Spezialanwendungen im FEM-Bereich, mit Schwerpunkt auf Dynamik und Leichtbau. Die Finite-Elemente-Software «Femutil» wurde für spezielle Modellüberprüfungen konzipiert, dessen Funktionsumfang auch den «Ansys-Nastran Translator» beinhaltet. Mit der Software Garos können Berechnungen von elastischen, rotierenden Strukturen vollzogen werden. Sie wurde z. B. eingesetzt bei der rotordynamischen Untersuchung der grössten Offshore-Windkraftanlage der Welt. Zur Softwareentwicklung gehört ausserdem die Implementierung des Rotordynamikmoduls in NX Nastran. Der Funktionsumfang des integrierten Moduls wird laufend ergänzt und Kundenwünschen angepasst.

Neben eigener Softwareentwicklung und -Vertrieb ist Aerofem Solution Partner von Siemens PLM Software. Mit Femap und NX Nastran wird eine FE-Software-Umgebung mit sehr hohem Funktionsumfang vertrieben. Kunden erhalten Support und Schulungen und können von einer langjährigen Erfahrung profitieren.

Femap mit NX Nastran bietet Komfort für den Nutzer

Als eigenständige Simulationslösung beinhaltet Femap die Finite-Elemente-Modellierung, Analyse und Auswertung innerhalb einer modernen, interaktiven Benutzeroberfläche. Femap unterstützt zahlreiche leistungsstarke Simulationsmodule und hilft, Teile sowie Baugruppen oder Gesamtstrukturen zu analysieren und die Simulationsergebnisse zeiteffizient zu überprüfen.

Femap verfügt über fortschrittliche und intuitive Modellierungstechniken und ist leicht zu erlernen – in der Regel ist die Software nach drei Tagen Schulung auch für ganze Baugruppen schnell und effektiv einsetzbar. Auch bei eher seltener Nutzung genügt ein kurzes Einarbeiten.

Unterschiedliche CAD-Daten, skalierbare Simulation

Die Simulation offener Systeme spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn mit Daten aus unterschiedlichen Quellen gearbeitet werden muss. Femap unterstützt alle führenden CAD-Systeme und Modelldatenformate, sodass die Daten effizient übertragen und das CAD-Modell für die FE-Simulation zuverlässig in Femap importiert werden kann. Falls keine CAD-Daten vorhanden sein sollten, sind die gebräuchlichsten CAD-Funktionen auch in Femap integriert. Somit kann auch in der Konzeptphase schnell ein FE-Modell erstellt werden.

Wenn mehr Simulation und anspruchsvollere Analysen wie z. B. Dynamikanalysen, Strukturoptimierungsanalysen, Analysen stark nicht linearer Systeme inklusive Crash-Berechnung wie auch Thermik- und Flow-Analysen durchgeführt werden müssen, kann Femap mit NX Nastran entsprechend um die gewünschten Funktionen erweitert werden.

Hochbeanspruchte Details in der Entwicklungsphase erkennen

Mit der Funktion «Kontakterkennung» kann in Femap automatisch ein Baugruppenmodell erstellt werden, um die sich berührenden Komponenten auszumachen. Es gibt verschiedene Kontaktdefinitionen, mit denen die jeweiligen Randbedingungen zwischen verbundenen Teilen definiert werden können. Die Kontaktberechnung in NX Nastran berücksichtigt Verformungsänderungen unter Last, sodass die tatsächlichen Kontaktbedingungen bei den Endergebnissen erhalten bleiben. Mit Femap können die Resultate für Baugruppen präzise und effizient ermittelt werden, sodass der Konstrukteur hochbeanspruchte Details im Design bereits in der Entwicklungsphase erkennt. Auch Baugruppen in Kombination von Solid-, Schalen- und Balkenelementen sind effizient modellierbar. Mit automatischer Mittelflächengenerierung sowie selbstständiger Querschnittswertberechnung für Balken sind dünnwandige Strukturen wie auch Fachwerke in kürzester Zeit zu erstellen.

Modellierung von Verbundwerkstoffen

Die Verwendung von Verbundwerkstoffen hat in den letzten Jahren erheblich zugenommen, insbesondere in den Bereichen Luftfahrt und Automobil. In diesen Branchen ist die Konstruktion immer leichterer Bauteile unerlässlich. Dabei dürfen aber bei der Festigkeit und der Funktion keinerlei Zugeständnisse gemacht werden. Der «Layup Editor» und «Layup Viewer» von Femap erlaubt die Erstellung eines Schichtaufbaus, dessen Änderung und grafische Darstellung. Bei der Auswertung der Resultate kann die Funktion für Schichtverbundstoffe genutzt werden, um die Ergebnisse auf einzelnen Lagen innerhalb der Struktur grafisch darzustellen. Der Nachweis der Verbundwerkstoffe erfolgt nach den bekanntesten Versagenshypothesen.

Anpassung an Konstruktionsabläufe

Die Programmierschnittstelle (API) mit der integrierten Programmierumgebung kann verwendet werden, um die Arbeitsweise und die Zusammenarbeit von Femap mit anderen Programmen anzupassen und das Tool mit individuellen Konstruktions- und Arbeitsabläufen zu synchronisieren. Die Software bietet das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis der Branche und weist sowohl beim Kauf als auch bei der laufenden Wartung ein aussergewöhnlich gutes Preis-Leistungs-Verhältnis auf. Aufgrund der einfachen Bereitstellung und der Benutzerfreundlichkeit können IT- und Schulungskosten gering gehalten werden. Der Support-Partner Aerofem setzt die Software täglich ein, bietet Analyse-Know-how auf hohem Niveau und hilft dem Kunden, seine Produktivität zu steigern. <<

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