Dienstleister für FEM-Berechnung
Das Ingenieurbüro Andreas Hanke ist ein Dienstleister für numerische Simulation und FEM-Berechnung im Bereich der Festkörpermechanik (Strukturmechanik). Unsere erfahrenen Berechnungsingenieure bearbeiten Fragestellungen von der einfachen Festigkeitsberechnung bis hin zu komplexen Modellen der Bruchmechanik. Dafür benutzen wir die Finite-Elemente-Methode (FEM) lösen.
Neben den statischen Festigkeitsuntersuchungen konzentrieren wir uns besonders auf Probleme der Betriebsfestigkeit sowie auf die Analyse von Schraubenverbindungen und geschweißten Konstruktionen.
Übersicht unserer Dienstleistungen
Zu unseren Leistungen im Bereich der FEM-Simulation zählen die folgenden Punkte:
- FEM-Berechnung strukturmechanischer und thermomechanischer Aufgabenstellungen
- Unterstützung in der Produktentwicklung
- Beratung in der Konzeptphase
- Konstruktionsbegleitende Berechnung im Entwicklungsprozess
- Vorschläge zur Ertüchtigung Ihrer Konstruktion
- Erstellung zertifizierungsfähiger Berechnungsberichte
FEM-Berechnung – was ist das eigentlich?
Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ist ein numerisches Verfahren, das sich u.a. für Festigkeits- und Verformungsuntersuchungen von Festkörpern eignet. Zu diesem Zweck wird die Geometrie durch die Vernetzung in sogenannte Finite Elemente (meist Tetraeder bzw. Hexaeder bei 3D-Geometrien) unterteilt, deren Verhalten durch die Elementansatzfunktion beschrieben wird. So kann eine komplexe Geometrie, für die keine analytische Beschreibung existiert, durch die Verknüpfung der Elementansatzfunktionen beschrieben und berechnet werden.
Einen ersten Einstieg in die Theorie und den Ablauf einer FE-Berechnung, sowie weitere nützliche Informationen zu diesem Thema finden Sie in unseren Blog-Artikeln zur FEM-Berechnung.
>400
Anzahl abgeschlossener Projekte
512 000 kg
Schwerste berechnete Struktur
86 m
Größte berechnete Konstruktion
Sinnvolle Einsatzgebiete einer Finite-Elemente-Berechnung
Eine FE-Berechnung bietet sich besonders dann an, wenn eine analytische Berechnung auf Grund komplizierter Konstruktionen und komplexer Geometrien nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.
Typische Beispiele sind:
- aufwändig geformte Gusskörper
- Kerben, für die keine Formzahlen verfügbar sind
- Nichtlinearitäten (z.B. Aufklaffen der Kontakte von Schraubenverbindungen, materielle Nichtlinearitäten)
Vorteile der FEM gegenüber Tests:
- geringerer Aufwand (fallabhängig)
- effizienter Vergleich verschiedener Designvarianten
- Bewertung von Strukturen und Problemen, für die kein Test möglich ist
Einsatzgebiete, für die sich eine numerische Simulation nicht eignet
Für einfache Probleme, für die eine analytische Lösung bei überschaubarem Aufwand möglich ist, erübrigt sich eine numerische Simulation.
Genauigkeit einer Analyse mittels FE-Methode
Der Fehler einer FE-Berechnung liegt typischerweise unter 5%. Ungenauigkeiten werden eher durch Unsicherheiten der Lasten und Materialkennwerte verursacht.
Berechnungsdisziplinen
Folgende Analysen führen wir mittels FEM durch:
- Statische Strukturanalysen
Mit statischen Strukturanalysen werden Verformungen und Spannungen von Festkörpern unter Belastung berechnet. Die Analysen erfolgen vorzugsweise mit linearen Modellen, um den Aufwand zu reduzieren. Falls nötig, werden Nichtlinearitäten wie z.B. materielle Nichtlinearitäten (plastifizieren des Materials), geometrische Nichtlinearitäten (große Verformungen) oder Nichtlinearitäten durch abhebende Kontakte berücksichtigt.
- Schwingungsanalysen
Wird eine Konstruktion dynamisch angeregt, so ist eine Schwingungsanalyse nötig. Mit Modalanalysen ermitteln wir Eigenfrequenzen und Eigenformen. Anhand der anregenden Frequenz und den Eigenfrequenzen kann der Frequenzbereich, in dem die Konstruktion ohne die Gefahr einer Resonanzkatastrophe betrieben werden kann, festgelegt werden. Außerdem berechnen wir die Strukturantwort durch erzwungene Schwingungsberechnungen im Frequenz- und im Zeitbereich.
- Stabilitätsanalysen
Um die Stabilität von Konstruktionen sicherzustellen, untersuchen wir Konstruktionen hinsichtlich Knicken und Beulen. Zu diesem Zweck nutzen wir lineare und nichtlineare Analysen.
- Thermomechanik
Eine ungleichmäßige Erwärmung von Bauteilen führt zu Wärmespannungen. Durch gekoppelte Temperatur-Mechanik-Simulationen ermitteln wir die Spannungen und Verformungen, die durch die Temperaturbelastung verursacht werden.
Ermüdungsfestigkeit
Numerische (FEM) und analytische Berechnung schwingungsbelasteter Bauteile hinsichtlich Betriebsfestigkeit, Dauerfestigkeit und Kurzzeitfestigkeit.
Berechnung von Schraubenverbindungen
Finite Elemente Analyse von Schraubenverbindungen unter Extrem- und Ermüdungslasten mit Berücksichtigung aller relevanten Nichtlinearitäten.
Berechnung von Schweißverbindungen
Berechnung von Schweißkonstruktionen hinsichtlich statischer Festigkeit und Ermüdungsfestigkeit.
Branchen
Seit 2011 haben wir zahlreiche Projekte aus folgenden Branchen erfolgreich abgeschlossen:
- Maschinenbau
- Windenergie
- Schiffbau
- Stahl- und Anlagenbau
- Druckgeräte- und Druckbehälterbau
- Sondermaschinenbau
- Werkzeugmaschinenbau
Normen und Richtlinien für die Berechnung
Für den Großteil der Nachweise nutzen wir folgende Normen und Richtlinien:
- FKM-Richtlinie (Forschungskuratorium Maschinenbau: Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile)
- Eurocode 3 (DIN EN 1993: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten)
- AD 2000-Regelwerk (Arbeitsgemeinschaft Druckgeräte)
- DIN EN 13445 (Unbefeuerte Druckbehälter)
- VDI 2230 (Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen)
- DIN 743 (Tragfähigkeitsberechnung von Wellen und Achsen)
Der Nachweis kann – abhängig von der Fragestellung – natürlich auch gemäß anderer Normen erfolgen.
Mögliche Formen der Zusammenarbeit
Für eine Zusammenarbeit bieten wir Ihnen folgende Optionen an:
- Werkvertrag: Berechnungsdienstleistung mit klar definiertem Umfang zum Festpreis
- Dienstleistungsvertrag: Abrechnung auf Stundenbasis
- Bearbeiten Ihres Projektes in unserem Büro in Rostock
- Arbeit direkt bei Ihnen vor Ort
Als Berechnungssoftware nutzen wir Ansys. Für den Austausch von Geometriedaten stehen die üblichen Schnittstellen wie step, iges und weitere zur Verfügung. Falls keine 3D-Formate vorhanden sind, modellieren wir die Geometrie anhand von vorliegenden Zeichnungen.
Vom Ingenieurbüro Andreas Hanke bereitgestellte Daten
Zu jeder von uns durchgeführten Analyse erhalten Sie:
- einen prüffähigen Berechnungsbericht
- das FE-Modell (Ansys), mit dem die Berechnung durchgeführt wurde
- falls nötig – Ertüchtigungs- und Optimierungsvorschläge
Vorgehen, wenn der rechnerische Nachweis nicht geführt werden kann
Sobald wir feststellen, dass die Konstruktion die angenommenen Lasten nicht erträgt, setzen wir uns mit Ihnen in Verbindung, um das weitere Vorgehen zu besprechen. Falls Sie sich für einen Berechnungsabbruch entscheiden, stellen wir Ihnen natürlich nur die geleisteten Arbeitsstunden in Rechnung.
An den Berechnungsergebnissen lassen sich die Schwachstelle der Konstruktion identifizieren. Gerne unterbreiten wir Ihnen auch Vorschläge zur Ertüchtigung Ihrer Konstruktion.
Zeit bis zum Vorliegen von Ergebnissen
Kleinere Projekte können wir in den meisten Fällen zeitnah bearbeiten. Der Zeitrahmen für größere Projekte hängt naturgemäß von unserer Auftragslage ab. Sprechen Sie uns gerne an!
Benötigte Daten für ein Angebot bzw. einen Nachweis
Für ein Angebot bzw. einen Nachweis brauchen wir folgende Daten:
- Geometrie, vorzugsweise als 3D-Cad-Geometrie im step- oder iges-Format, alternativ auch als technische Zeichnung oder Skizze
- auf die Struktur wirkende Lasten wie Kräfte, Beschleunigungen, Drücke, Temperaturen, …
- verwendete Materialien – falls für die Materialien in Normen bzw. Richtlinien keine Materialkennwerte vorliegen, werden auch diese benötigt
Kosten einer FEM-Berechnung
Die Kosten einer FE-Berechnung hängen hauptsächlich von folgenden Punkten ab:
- Geometrie: Anzahl und Komplexität der Körper
- Material: linear oder nichtlinear
- Verbindung der Körper: Schraubverbindung, Schweißverbindung
- Kontakte: ist ein Abheben der Körper möglich oder sind diese „fest“ verbunden?
- Lasten: Handelt es sich um ein Extremlastproblem oder muss auch Ermüdung berücksichtigt werden?
Deswegen können die Kosten nicht pauschal angegeben werden.
Für einen genauen Kostenrahmen erstellen wir Ihnen gerne ein kostenloses Angebot.
Ihr Dienstleister für FEM-Berechnung und mehr
Sie brauchen Unterstützung, bereits ab der Konzeptphase Ihrer Projektidee?
Sie benötigen zertifizierungsfähige Nachweise für Ihr finales Produkt?
Ihr Bauteil bedarf einer Optimierung hinsichtlich Design oder Masse?
Dann kontaktieren Sie uns jetzt
Ihr Ansprechpartner für
FEM-Berechnungen
Andreas Hanke
Geschäftsführung, Dipl.-Ing.
Kundenmeinungen
B.Eng. Robert König
Die Firma InPeKo GmbH konnte durch die Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Andreas Hanke die Auslegung eines Druckbehälters schnell und effektiv durchführen. Wir schätzten vor allem die kurze Reaktionszeit innerhalb des Projektes und die fachlich sehr fundierten Lösungsansätze in den vorgefundenen Fragestellungen.
M.Eng. Simon Brauns
Das Team vom Ingenieurbüro Hanke hat sich schnell und gewissenhaft in die Aufgabenstellung eingearbeitet. Die Kommunikation gestaltete sich während der gesamten Zusammenarbeit als sehr unkompliziert, die Abwicklung des Projektes erfolgte zielgerichtet und zu unserer vollsten Zufriedenheit. Wir sagen Danke und freuen uns auf weitere gemeinsame Projekte!
Dipl.-Ing. Florian Stache
Wir kooperieren gerne mit Herrn Hanke und seinem Team für unsere Projekte im Bereich Windenergie. Das Ingenieurbüro Hanke unterstützt uns sowohl bei Schadensanalysen als auch bei der Auslegung von neuen Komponenten. Die Kompetenz auf den Gebieten Betriebsfestigkeit und Schraubenberechnung ist überragend.
Dipl.-Ing. Nils Tönißen
Das Ingenieurbüro Andreas Hanke unterstützt unsere Berechnungsabteilung seit 8 Jahren. Uns überzeugt das Know-How auf dem Gebiet der Betriebsfestigkeit, das bei der Berechnung von wesentlichen Bauteilen wie beispielsweise der Rotorwelle und diversen Schraubenverbindungen eingebracht wurde.
Dipl.-Ing. (SFI) Jan Wrede
Wir arbeiten seit 2012 sehr zufrieden mit dem Ingenieurbüro Hanke als Partner in Sachen FEM-Berechnung zusammen. Uns gefällt die fachliche Kompetenz in Kombination mit der vorhandenen Flexibilität und der pragmatischen Problemlösung.
Dipl.-Ing. Christian Kasubek
Herr Hanke und sein Team haben uns bei mehreren Berechnungsprojekten unterstützt und die Ergebnisse haben uns überzeugt. Besonders schätzen wir den schnellen Kommunikationsweg, die Optimierungsvorschläge zur Ertüchtigung sowie die detaillierten Nachweise.