Trifecta-Banner, das einen Laptop mit dem Finite-Elemente-Analyse-Modell zeigt

Finite-Elemente-Analyse (FEA) | Methode (FEM) und Modellierung

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Finite-Elemente-Analyse (FEA) für 3M™ Klebebänder und Klebstoffe

    • Was ist eine Finite-Elemente-Analyse (FEA/FEM)?

      Die FEA bietet Ingenieuren eine Reihe von Vorteilen, einschließlich der Möglichkeit, das Verhalten komplexer Systeme wie beispielsweise die Spannungen, Dehnungen und Deformationen bei verschiedenen Belastungen präzise vorherzusagen. Dadurch können die Ingenieure mögliche Probleme identifizieren und Konstruktionsänderungen umsetzen, bevor ein physischer Prototyp erstellt wird. Zudem kann die FEA eine kostengünstige Lösung darstellen, um die Anzahl der erforderlichen physischen Prototypen sowie die Zeit bis zur Markteinführung zu reduzieren. Das Tool ist überaus flexibel und in der Lage eine große Bandbreite an Systemen zu analysieren, einschließlich komplexer Baugruppen. Dabei kann auch nichtlineares Materialverhalten einbezogen werden. Ingenieure können die FEA zur Optimierung des Systemdesigns verwenden, indem sie mit ihrer Hilfe die Materialauswahl, die Geometrie und die Belastungsbedingungen optimieren, um die gewünschte Performance sicherzustellen. Und zu guter Letzt bietet die FEA auch detaillierte Visualisierungen des Systemverhaltens, mit deren Hilfe die Ingenieure zusätzliche Erkenntnisse gewinnen und Bereiche für mögliche Verbesserungen identifizieren können.

       

       

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      Interessiert Sie die mechanische Charakterisierung bei der Klebstoffmodellierung? Dann ist diese Schulung ideal für Sie.

       

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  • Auftrag von flüssigem Klebstoff
  • Relevante Materialien definieren

    Ein Ingenieur erstellt eine Darstellung einer Baugruppe mit der Finite-Elemente-Software und definiert jedes Material von Interesse. Um mittels Simulationen eine Leistungsvorhersage durchführen zu können, definiert das Modell die Geometrien der Bauteile, ihre Beziehung zueinander und ihre Materialeigenschaften. Die Materialeigenschaften werden mittels eines Materialmodells definiert, welches das Verhalten wie die Spannungs-Dehnungs-Beziehung des Materials beschreibt. Materialmodelle gehören zu den wichtigsten Eingabedaten einer FEA und beeinflussen direkt die Genauigkeit der abschließenden Ergebnisse der FEA des Anwenders.

    Klebebänder

    Bei Klebebändern handelt es sich um weiche, flexible, nicht-reaktive Klebstoffe, die eine Verbindung aufbauen, sobald Druck ausgeübt wird. Deren Materialverhalten ist viskoelastisch, was bedeutet, dass neben einer typischen Dehnraten- und Temperaturabhängigkeit deren Festigkeit auch proportional zur Rate der Deformation ist. Aufgrund viskoser Effekte wie der Spannungsrelaxation, können herkömmliche mechanische Eigenschaften wie der Elastizitätsmodul und die Poisson-Zahl, selbst wenn sie bei relevanten Dehnraten und Temperaturen erfasst werden, das physikalische Verhalten der Viskoelastizität und damit auch von Klebebändern nicht darstellen.

    Strukturklebstoffe

    Bei Strukturklebstoffen handelt es sich um reaktive Systeme, die hohen Belastungen standhalten können (>7 MPa Scherfestigkeit). Die Eigenschaften von Strukturklebstoffen reichen von flexibel bis zu sehr steif. Einige duktile Klebstoffe können sich stark plastisch verformen, bevor sie versagen. Die mechanische Reaktion von Strukturklebstoffen muss sowohl im elastischen wie auch im plastischen Bereich charakterisiert werden und sollte die Sensitivitäten gegenüber der Dehnrate und der Temperatur beinhalten.


  • Finite-Elemente-Materialmodell für Klebebänder

    3M ist einzigartig aufgestellt, um Klebstoffe zu charakterisieren

    • Klebstoffe zeigen andere Arten von mechanischen Verhaltensweisen als typische Konstruktionswerkstoffe wie Metalle, wenn sie anderen Belastungsbedingungen ausgesetzt sind. Das Erfassen dieser Effekte mit einem Materialmodell erfordert fortgeschrittene Test- und Kalibrierungsmethoden. 3M ist einzigartig positioniert, um diese Klebstoffe zu charakterisieren und um fortschrittliche Materialmodelle in einem Format bereitzustellen, das mit einer Vielzahl von Finite-Elemente-Software kompatibel ist.

      Klebebänder und Strukturklebstoffe weisen unterschiedliche Materialeigenschaften auf, wodurch sie sich für unterschiedliche Anwendungen eignen. Es ist daher wichtig, zu verstehen, wie diese Eigenschaften sich auf die Anwendung auswirken. Die FEA-Modellierung ist ein Werkzeug, um das richtige Klebstoffsystem für die jeweiligen Anforderungen der Anwendung zu bestimmen.


  • Definition eines geeigneten Materialmodells

    Materialdatenkarte

    • Mithilfe sogenannter Materialkarten (Material Data Cards, MDC) kann das Materialverhalten in eine FEA integriert werden. Die Kalibrierung bestimmter Modelle zur Charakterisierung des Verhaltens von Klebstoffen erfordert bis zu fünf verschiedene Arten von Experimenten (Wiederholversuche nicht mitgerechnet) pro Dehnrate und Temperatur. Für die Validierung sind zusätzliche Experimente erforderlich. Da das Erstellen von MDCs eine Menge Knowhow, Software-Infrastruktur und umfassende experimentelle Tests erfordert, hat 3M MDCs zu häufig verwendeten 3M Klebstoffen und Klebebändern entwickelt, die für zahlreiche im Handel erhältliche FEA-Softwareanwendungen zur Verfügung stehen. Sie können diese MDCs über die untenstehende Schaltfläche anfordern. Die Materialmodelle, die bei handelsüblicher FEA-Software zur Verfügung stehen, können im Allgemeinen nicht sämtliche physikalischen Effekte wie Viskoelastizität, Schädigung und die damit einhergehende Entfestigung, das Dämpfungsverhalten, die Plastizität usw. für kleine und finite Deformationen abdecken. Daher bieten wir verschiedene MDCs an, die sich für unterschiedliche Anwendungen eignen. Zu diesem Zweck würden wir gerne einige grundlegende Informationen zu Ihrer Anwendung erfragen, um Ihnen die am besten geeignete MDC zur Verfügung stellen zu können.

      3M MDCs wurden bereits erfolgreich bei einer Reihe von Anwendungen eingesetzt wie etwa bei Festigkeitsprüfungen unter quasi-statischen sowie unter Crash- und Stoßbelastungen, bei Anpressdruckanalysen, bei Analysen hinsichtlich der Diskrepanz aufgrund von thermischer Ausdehnung oder bei Analysen von Geräuschen und Schwingungen (Noise, Vibration Harshness, NVH). Wenn Sie Ihre Anwendung mit einem der FEA-Experten von 3M besprechen möchten, helfen wir Ihnen gerne weiter.

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Grüner Herobanner mit dem Deckblatt des Whitepapers

Finite-Elemente-Analyse-Whitepaper

Klicken Sie unten, um unser Whitepaper zur Finite-Elemente-Analyse herunterzuladen. Das Whitepaper ist in 6 Schlüsselbereiche unterteilt: Einführung, Tie-Breaks, Kontinuumsmodellierung, Kohäsionszonenmodellierung, Modellvalidierung und Schlussfolgerung.

3M und Ansys schulen Ingenieure (PDF, 180 KB)

Kohäsivzonenmodelle für 3M™ Strukturklebstoffe (PDF, 967 KB)

Klebeverbindungen für Schienenfahrzeuge (PDF, 180 KB)

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PRODUKTAUSWAHL UND -VERWENDUNG: Viele Faktoren, die sich der Kontrolle von 3M entziehen und die ausschließlich dem Wissen und der Kontrolle des Anwenders unterliegen, können die Verwendung und Leistung eines 3M Produkts in einer bestimmten Anwendung beeinflussen. Daher liegt es in der alleinigen Verantwortung des Kunden, einzuschätzen, ob das Produkt für den vom Kunden vorgesehenen Zweck geeignet ist. Dies schließt eine Risikoeinschätzung des Arbeitsplatzes sowie eine Durchsicht aller relevanten Verordnungen und Normen (z. B. OSHA, ANSI usw.) ein. Werden eine angemessene Bewertung und Auswahl sowie ein angemessener Einsatz von 3M Produkten und geeigneter Sicherheitsausrüstung unterlassen oder werden die relevanten Sicherheitsvorschriften nicht beachtet, kann dies zu Verletzungen, Krankheit, Tod und/oder Sachschäden führen.

GARANTIE, GEWÄHRLEISTUNG UND HAFTUNGSAUSSCHLUSS: Wenn nicht eine andere Garantie auf den zugehörigen 3M Produktverpackungen oder in den Produktunterlagen ausdrücklich angegeben ist (in welchem Fall diese Garantie gilt), garantiert 3M, dass jedes 3M Produkt zum Zeitpunkt der Auslieferung durch 3M den jeweiligen 3M Produktspezifikationen entspricht. 3M SCHLIESST ALLE ANDEREN AUSDRÜCKLICHEN ODER STILLSCHWEIGENDEN GEWÄHRLEISTUNGEN ODER BEDINGUNGEN AUS, INSBESONDERE IMPLIZITE GEWÄHRLEISTUNGEN ODER BEDINGUNGEN DER MARKTGÄNGIGKEIT ODER EIGNUNG FÜR EINEN BESTIMMTEN ZWECK, DIE AUS EINER GESCHÄFTSBEZIEHUNG ODER AUS HANDELSBRAUCH ENTSTEHEN. Wenn ein 3M Produkt nicht dieser Garantie entspricht, dann besteht die einzige und ausschließliche Abhilfe nach Wahl von 3M in der Reparatur oder dem Austausch des 3M Produkts oder der Erstattung des Kaufpreises.

HAFTUNGSBESCHRÄNKUNG: Mit Ausnahme der oben genannten eingeschränkten Rechtsmittel und soweit gesetzlich nicht untersagt, haftet 3M nicht für Verluste oder Schäden, die sich aus dem 3M Produkt ergeben oder damit zusammenhängen, unabhängig davon, ob es sich um direkte, indirekte, besondere, zufällige oder Folgeschäden handelt (einschließlich, aber nicht beschränkt auf entgangenen Gewinn oder entgangene Geschäftsmöglichkeiten), unabhängig von der geltend gemachten Rechts- oder Billigkeitstheorie, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Gewährleistung, Vertrag, Fahrlässigkeit oder Gefährdungshaftung.