Statische und nichtlineare FEA – Kunststoffe und Metalle

Was wir tun

Wir sagen Verformung und Versagen von Kunststoffen und Metallen unter realen Randbedingungen mit statischer und nichtlinearer FEA voraus. Von Schnappverbindungen und Film-/Biegescharnieren (Living Hinges) bis hin zu Halterungen, Schweißnähten und Klebverbindungen modellieren wir große Verformungen, Kontakt, Plastizität, Hyperelastizität, Kriechen und Beulen – und übersetzen die Ergebnisse anschließend in klare Designänderungen, die Ihre Lieferanten tatsächlich fertigen können.

Zielergebnisse

  • Verifizierte Sicherheitsfaktoren und Verformungsgrenzen unter realistischen Last- und Randbedingungen

  • Genaue Vorhersage von bleibender Verformung (permanent set) und Dehnungs-Hotspots – nicht nur lineare Spannungsplots

  • Robuste Schnappverbindungen und Scharniere mit Zielwerten für Lebensdauer (Öffnungs-/Schließzyklen) und Montagekräfte

  • Gewichts- und Kostensenkung bei gleichzeitiger Einhaltung von Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen

Leistungen

  • Linear-zu-Nichtlinear-Upgrade – wir starten bei bestehenden linearen Checks und ergänzen dann geometrische, Material- und Kontaktnichtlinearität dort, wo sich die Antwort wirklich ändert.

  • Materialmodellierung & Kalibrierung – wahre Spannungs-Dehnungs-Kurven, Plastizität (bi- oder multilinear, isotrop oder kinematisch), Hyperelastizität (Neo-Hooke, Mooney–Rivlin, Ogden), Viscoelastizität (Prony) und Kriechverhalten.

  • Kontakt & Montage – reibbehaftete Kontaktpaare, Schraubenvorspannung, Press- und Übermaßpassungen, Schnappeingriff sowie Klebeschichten mit Cohesive-Zone-Modellen.

  • Beulen – lineare Eigenwertbeulanalyse plus nichtlineare Arc-Length-(Riks)-Analysen zur Abbildung des Nachbeulverhaltens.

  • Dehnraten- und Temperatureffekte – dehnratenempfindliche Kunststoffe und temperaturabhängige Elastizitäts- und Fließgrenzen, inklusive thermo-mechanischer Kopplung, wo erforderlich.

  • Verbindungen & Schweißen – verschraubte Verbindungen mit Vorspannung und Relaxation, Modellierung von Kehl- und Punktschweißnähten, geklebte Verbindungen mit Versagenshüllen.

  • Konstruktionsoptimierung – Wanddicken- und Rippen-Tuning, Sickenbilder, lokale Radien/Blendungen sowie Materialvarianten.

  • Testplanung & Korrelation – Prüfaufbauten, Lastfälle, Messkonzept (Dehnungsmessstreifen, DIC) und Abnahmekriterien.

Ihre Deliverables

  • Engineering-Report (PDF) – Umfang und Annahmen, Netze, Materialkarten, Lastfälle und Randbedingungen, Ergebnisse mit Hotspot-Markierungen, Risiko-Ranking und konkrete Designempfehlungen.

  • Solver-Decks & Postprocessing-Dateien – lauffähige Modelle für Ansys, Abaqus oder LS-DYNA mit Lastschritten, Kontaktdefinitionen und Postprocessing-Vorlagen.

  • Materialkarten – kalibrierte Parameter für Kunststoffe und Metalle (mit EN/DE-Datenquellen dokumentiert), inkl. Temperatur- und Dehnraten-Tabellen, wo relevant.

  • CAD-Markups – Vorschläge für Änderungen an Rippen, Radien, Wanddicken, Schnappgeometrien und Verbindungsdetails (Schrauben, Klebung).

  • Validierungsplan – empfohlene Tests, Sensorlayout und Korrelationstabelle zwischen Simulation und Labor.

  • Übergabesession – 45–90 Minuten Live-Walkthrough und Q&A mit Ihrem Team.

Technologie-Stack

  • Solver: Ansys Mechanical, Abaqus Standard/Explicit, LS-DYNA

  • Pre/Post: Workbench, HyperMesh/ANSA, Meta/Post sowie Python-basierte Notebooks

  • Analysen: lineare Statik, geometrische Nichtlinearität, Plastizität, Hyper- und Viscoelastizität, Kriechen, Kontakt und Beulen (Eigenwert und Riks)

  • Materialien: ABS, PC, PA, PP, POM, Elastomere und TPU, glasfaserverstärkte Kunststoffe, Stähle, Aluminium, Magnesium und Titan, optional mit Orthotropie, wenn Orientierungsdaten vorliegen

  • Features: Schnappverbindungen und Living Hinges, Inserts und Dome, Schweißnähte, Klebverbindungen und Gewindeverbindungen

Ablauf eines Projekts

  • Discovery (ca. 30 Minuten) – Ziele, Randbedingungen, Lastfälle und Akzeptanzkriterien

  • Daten & Setup – CAD und Materialien, Verbindungen und Fügekonzepte, Netz- und Kontaktstrategie, Plan für Materialkalibrierung

  • Simulation – Baseline-Checks (linear), anschließend nichtlineare Läufe und Sensitivitäts-/What-if-Studien; Beulanalyse, wo relevant

  • Empfehlungen – priorisierte Designmaßnahmen mit erwarteter Auswirkung auf Ihre KPIs

  • Validierung – optionale Laborkorrelation sowie Finalisierung von Report und Modellen

Was wir von Ihnen brauchen

  • CAD-Daten (STEP/Parasolid) und Details zu Verbindungen (Schrauben, Klebung, Inserts, Schweißnähte)

  • Materialdatenblätter oder Prüfdaten (Zug/Druck, ggf. DMTA für Elastomere)

  • Definitionen von Lasten und Randbedingungen, Lastkollektiven und relevantem Temperaturbereich

  • Erfolgskriterien: geforderte Sicherheitsfaktoren, max. zulässige Verformung und bleibende Setzung, Zielzyklen bis zum Versagen sowie kundenspezifische oder normative Grenzwerte

Pakete

  • Nichtlineare Bewertung – Upgrade einer bestehenden linearen Analyse um die relevanten Nichtlinearitäten, kalibrierte Materialien und eine kompakte Risikoliste.

  • Simulation Sprint – vollständiges nichtlineares Modell (Kontakt, Plastizität, Living Hinges), Beulanalyse nach Bedarf, plus Report und CAD-Markups.

  • Korrelation & Optimierung – Testplan, Abgleich Simulation/Labor sowie Gewichts- und Kostenoptimierung.

Beispielanwendungen

  • Schnappdeckel – Reduzierung der Montagekraft, Schutz von Kerbfußbereichen und Vorhersage der bleibenden Verformung nach 100 Öffnungs-/Schließzyklen.

  • Metallhalterung – Abbildung des plastischen Gelenkverhaltens und Erhöhung des Sicherheitsfaktors über lokale Radien und Sicken.

  • Klebverbindung – Cohesive-Zone-Modellierung zur Auslegung von Klebbreite und -kehl, mit Peel- und Scher-Versagenshüllen.

  • Dünnes Abdeckblech – nichtlineare Riks-Beulanalyse, um „Oil Canning“ unter Druck oder Handhabung zu vermeiden.

FAQ

Erstellen Sie Materialkarten, wenn wir keine Prüfdaten haben?
Ja. Wir können Materialkarten aus verlässlichen Datenblättern und Literatur ableiten. Annahmen werden klar dokumentiert und wir ergänzen Sensitivitätsbänder. Die beste Genauigkeit erreichen wir mit Ihren eigenen Prüfkurven.

Können Sie Insert-Moulding und Kriechen in Kunststoffen abbilden?
Ja. Wir modellieren Insert-Schnittstellen sowie Langzeitkriechen und Relaxation in Kunststoffen – inkl. Temperatur- und Dehnrateneffekten, wo erforderlich.

Wie vermeiden Sie zu steifes Kontaktverhalten in der Simulation?
Durch geeignete Kontaktformulierungen und Penalty-Einstellungen, lokal verfeinerte Netze und saubere Konvergenzchecks.

Bekommen wir die FEA-Dateien?
Ja. Sie erhalten die vollständigen Solver-Decks und Postprocessing-Vorlagen.

Unterstützen Sie Anisotropie und Faserorientierung?
Wo Orientierungsdaten verfügbar sind, können wir orthotropes Materialverhalten berücksichtigen und z. B. Reduktionen an Fließnähten einbeziehen.

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