Power tool drop test simulation model set up and FEA result analysis.

Falltest-Simulation

Eine der wichtigsten Phasen des Produktdesigns und der Produktentwicklung ist die Falltestprüfung, auch als Falltest bekannt. Mit einer Software, die ein Falltest-Experiment genau simuliert, können Hersteller erhebliche Kosten- und Time-to-Market-Vorteile erzielen.

Altairs Falltestsimulation wird in vielen Branchen eingesetzt, unter anderem für elektronische Geräte, Mobiltelefone, Haushaltsgeräte, Weiße Ware und Verpackungen. Gegenüber herkömmlichen Falltests, die von einem Menschen oder einer Maschine durchgeführt werden, bieten automatisierte virtuelle Falltests Genauigkeit und Wiederholbarkeit und liefern somit bessere Erkenntnisse zur Optimierung und Verbesserung jeder Versuchsreihe.

Drop-Tests

Simulationsgetriebenes Design bei Jabra

Alice Lin, Manager of Mechanics, demonstriert die Effizienzvorteile des simulationsgetriebenen Designs bei der Falltestsimulation und dem Design für den Komfort von Jabra Kopfhörern.

Zur Präsentation

Drop-test simulation result of an household appliance assembly.

Vorteil der Simulation gegenüber physikalischen Falltests

Die Bewertung von Konstruktionen durch Simulation reduziert späte Werkzeugänderungen

"Falltests von Prototypen liefern unzuverlässige, ungenaue Ergebnisse, da sich die Materialien, aus denen sie hergestellt werden, meist von denen der Serienprodukte unterscheiden, und die Falltests von Serienprodukten können kostspielige Werkzeugänderungen nach sich ziehen", erklärt Hironari Ogata, IAQ Business Unit Concurrent Development Team bei Panasonic Ecology Systems.

Das Team von Ogata entwickelte einen mehrstufigen Plan, um ein Produkt in jeder Phase seiner Entwicklung zu analysieren: Zunächst wird ein einzelnes Bauteil einem Falltest unterzogen, dann eine Baugruppe aus mehreren Bauteilen, ein zusammengebautes Produkt und schließlich die verpackten Produkte. Bei jedem Schritt setzte das Team Altair® Radioss® ein, um die Auswirkungen des Fallversuchs zu analysieren.

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Drop-test simulation model setup of a cell phone in Altair Simlab.

Wie führt man eine Falltest-Simulation durch?

Simulation von Fallversuchen und missbräuchlicher Nutzung sorgen für robuste und langlebige Produkte. Ein Falltest ist eine mechanische Überprüfung, bei der ein Bauteil aus einer bestimmten Höhe auf eine bestimmte Oberfläche fallen gelassen wird. Er wird in der Regel im Rahmen des Qualitätsmanagements eines Produkts durchgeführt, um dessen Sicherheit und Haltbarkeit zu gewährleisten.

Fallversuche können auf verschiedene Weise durchgeführt werden, ein numerischer Fallversuch in einem geeigneten Berechnungsprogramm wie Radioss - basierend auf einer expliziten Implementierung der Finite-Elemente-Methode (FEM) - ermöglicht die Simulation des Aufpralls bereits in der Produktentwicklungsphase. Durch die Analyse der mechanischen Spannungen im Material können Schwachstellen und Konstruktionsfehler aufgedeckt werden.

Mehr über Radioss erfahren

Finite element simulation (FEM) model of a power drill for a drop-test simulation.

Aufbau einer Falltest-Simulation

Ein virtueller Falltest erfordert mehr als nur die Beschaffenheit des Bodens und die Fallhöhe. Betrachtet man ein vollständiges Modell des Produkts mit vorgespannten Schrauben, Multi-Material-Komponenten, Schaumstoffverpackungen und vorgespannten Kunststofffolien, können Altairs FE-Solver und Visualisierungstechnologie dieser Komplexität gerecht werden.

Die offenen Simulationslösungen von Altair lassen sich nahtlos in alle wichtigen Konstruktions- und CAD-Umgebungen integrieren.

Material modeling for drop test simulation of short fiber reinforced plastic parts leveraging manufacturing influences in an integrated simulation approach.

Materialeigenschaften für Falltests

Bei Falltestsimulationen muss das herstellungsbedingte Materialverhalten für bestimmte Materialeigenschaften wie dehnratenabhängige Verfestigung berücksichtigt werden. Eine umfassende Materialdatenbank und ein effizienter Ansatz zur Materialmodellierung verbessern die Zuverlässigkeit der Falltestergebnisse.

Mit Altair® Multiscale Designer® erstellte Materialmodelle können in impliziten und expliziten Analysen in Altair® OptiStruct®, Radioss und vielen anderen FEA Solvern verwendet werden.

Erfolgreiche Beispiele von Falltestsimulationen

Damage prediction of a package design with drop test simulation through explicit FEM.

Falltest-Simulation für Verpackungen

Bei der Entwicklung von Verpackungen zählt jedes Gramm. Die Firma Alpla entwickelt und produziert Verpackungslösungen für Konsumgüter. Der Leiter der Abteilung Modellierung und Simulation des Unternehmens erläutert, wie Alpla die Simulation nutzte, um leichtere Verpackungen ohne Leistungseinbußen herzustellen.

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Deformation prediction of a packaged household appliance by explicit FEM based drop test simulation.

Robuster Transport

Die Klimaanlagen von Haier, das für seine Qualitätsprodukte bekannt ist, wurden während des Transports beschädigt, was zu höheren Kosten und Verzögerungen bei der Auslieferung des Endprodukts führte. Die Ingenieure von Haier wandten sich an Altair, um mithilfe einer virtuellen Simulation eines Falltests umfangreiche Daten über die dabei auftretenden Belastungen und Beanspruchungen zu erhalten.

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Optimized packaging design for household appliances by drop test simulation, guarantees customer satisfying products.

Optimierung der Verpackung

Bei Mabe sollte die Produktverpackung für eine Kombination aus Waschmaschine und Trockner optimiert werden. Die Herausforderung bestand darin, ein optimiertes Verpackungsdesign zu erstellen, das eine Vielzahl von Belastungssituationen und alternativen Verpackungsdesigns berücksichtigte, und zwar in einem sehr frühen Stadium der Konstruktionsphase, bevor physische Tests an der Verpackung durchgeführt werden konnten.

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PET packaging drop test simulation process, to reduce material waste.

Automatisierung von Verpackungssimulation

AMCOR ist kontinuierlich bestrebt, innovative und leichte Verpackungslösungen zu entwickeln, die ästhetisch ansprechend und für den Verbraucher leicht zu handhaben sind, ohne dabei Kompromisse bei Qualität, Leistung oder Sicherheit einzugehen. Die Simulation spielt eine Schlüsselrolle, um zu gewährleisten, dass die leichten Verpackungen von AMCOR die geforderte Funktionalität erfüllen.

AMCOR Anwenderbericht lesen

Cell phone drop test, simulation showing damage prediction.

Automatisierte Falltest-Simulation

LG Electronics nutzte die Automatisierungsmöglichkeiten und das Know-how von Altair, um die routinemäßigen Simulationen von Falltests deutlich zu beschleunigen und zu standardisieren, die Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit zu erhöhen und Wissen und Methoden zu dokumentieren. Das Unternehmen war in der Lage, die für die Falltestsimulation benötigte Zeit von einer Woche auf nur wenige Stunden zu verkürzen.

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Falltest für elektrische Geräte

Speziell für elektrische Geräte sind Falltests durch verschiedene Normen vorgeschrieben, an die sich die Hersteller halten müssen, um ein Produkt auf einem bestimmten Markt verkaufen zu dürfen. Mitunter sind Falltests auch Voraussetzung für die Vergabe von Gütesiegeln. Das Kriterium für das Bestehen eines Falltests kann z. B. so definiert werden, dass bei einem stromführenden Produkt trotz einer Beschädigung nach dem Sturz die Gefahr eines elektrischen Schlags ausgeschlossen ist.

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