Het ontwikkelen van een succesvol en effectief Finite Element Analysis (FEA) model kan voor ontwerpers een frustrerende ervaring zijn. Het model moet eenvoudig en gemakkelijk te repliceren zijn, terwijl het toch complex genoeg moet zijn om geldige testresultaten op te leveren. Dit leidt tot een probleem waarbij modellen vaak ofwel te vereenvoudigd en benaderd zijn om een nauwkeurige analyse te leveren, of het model is te ingewikkeld voor eenvoudige verwerking.
Een belangrijke stap in het verbeteren van een FEA-model is modelvereenvoudiging. Het model moet echter op de juiste manier worden vereenvoudigd om een nauwkeurige analyse te kunnen maken.
Het genereren van modelgeometrie is een van de moeilijkste aspecten van een Finite Element Analysis (FEA). Een veelgemaakte fout bij beginnende FEA-gebruikers is de aanname dat een computer aided design (CAD) model dat is gemaakt als onderdeel van het productontwerpproces direct in een FEA-studie kan worden ingeplugd. CAD-modellen van ontwerpers bevatten doorgaans enorme details en het kan uren of dagen verwerking kosten om deze in een FEA te verwerken.
CAD-modellen helpen ontwerpers het product te visualiseren, instructieve tekeningen voor machinisten te genereren, en helpen productie-ingenieurs of verpakkingsingenieurs te bepalen hoe het product veilig naar de klant zal worden verzonden, en een grote verscheidenheid aan andere activiteiten te volbrengen. Voor sommige van deze activiteiten kan het kleinste detail belangrijk zijn, en om die reden kunnen CAD-modellen zeer ingewikkeld zijn.
Veel van deze details zijn echter vaak niet nodig in FEA. Erger nog, het opnemen van onnodige details in een FEA-model kan resulteren in meshes van slechte kwaliteit, inefficiënte simulatietijden en onnauwkeurige resultaten. Voor een analist is het begrijpen wanneer en hoe een model te vereenvoudigen dat aan hem is doorgegeven door een ontwerper een belangrijke vaardigheid voor effectieve FEA simulatie.
Verwijderen van onnodige objectkenmerken
De meest voorkomende details die onmiddellijk kunnen worden verwijderd uit de meeste CAD modellen zijn misschien wel de fillets en afrondingen. Echt vierkante randen bestaan zelden in de echte wereld – randen zijn meestal afgerond en CAD modellen zullen vaak deze afronding bevatten op veel, zo niet alle, geometrische lichamen. Vierkante randen zijn echter veel eenvoudiger te meshen in de FEA-wereld, en de meeste kleine vullingen/rondingen hebben geen invloed op de globale verplaatsingsberekeningen. CAD gereedschappen hebben meestal een functie om te helpen bij het verwijderen van vullingen/rondingen, zoals het fill commando in ANSYS Spaceclaim. Door deze functies op de juiste manier te gebruiken, kan de complexiteit van het model snel worden verminderd met weinig inspanning van de gebruiker.
Effectieve geometrieën en beperkingen opnemen
Een andere veel voorkomende vereenvoudiging is het verwijderen van onbelangrijke lichamen of het vervangen ervan door effectieve geometrieën of beperkingen. Bijvoorbeeld, de meeste mechanische assemblages bevatten bevestigingsmiddelen, zoals bouten en klinknagels. Soms kan het nodig zijn om de geometrie van een bout in het model op te nemen; in veel gevallen kunnen boutgeometrieën echter worden vervangen door sterk vereenvoudigde 3D geometrieën, 1D balkelementen, of zelfs geheel worden verwijderd en benaderd met starre contactrestricties of vaste randvoorwaarden.
Bijv. als mechanische schokken worden gesimuleerd op een 12″ bij 12″ PCBA, zullen zeer kleine componenten zoals 0201 weerstanden geen effect hebben op de globale stijfheid van het model en kunnen geheel worden verwijderd. Grotere componenten, zoals een 16 PIN SOIC moeten misschien gemodelleerd worden, maar het soldeer kan vervangen worden en benaderd worden met een star contact tussen de aansluitdraden en de printplaat. ANSYS Sherlock is een tool die kan helpen bij het genereren van een FEA-ready model uit informatie die beschikbaar is in de ontwerpfase van een PCBA door de ECAD-informatie te nemen die bedoeld is voor PCBA-fabricage en het automatiseren van de creatie van een vereenvoudigd, meshed, FEA-ready PCBA-model.
Lees meer over hoe FEA kan profiteren van Sherlock Automated Design Analysis Software.
Blog:Hoe een fea-model te verbeteren: juiste mesh-generatie |