Anwender-Simulation mit CAD und FEM – Weiterbildung

Anwender Simulation mit CAD und FEM verbindet die 3D-Bauteilkonstruktion mit der praktischen Nutzung Finite-Elemente-basierter Simulationswerkzeuge. Statt Bauteile allein nach Erfahrungswerten zu dimensionieren, lernen Teilnehmende, wie sich ein CAD-Modell für die Simulation vorbereiten, vernetzen und mit realistischen Lasten und Randbedingungen belasten lässt. Im Mittelpunkt steht die anwendungsorientierte Auswertung: Wo entstehen kritische Spannungen, wie stark verformt sich ein Bauteil, und wie plausibel sind die berechneten Ergebnisse. Der Kurs richtet sich bewusst an CAD-Anwender:innen und nicht an angehende Berechnungsingenieur:innen, weshalb die Simulationswerkzeuge konsequent aus Sicht der praktischen Konstruktionsarbeit vermittelt werden.

Vom CAD-Modell zum Simulationsmodell Nicht jedes CAD-Modell eignet sich unverändert für die Simulation. Dieser Block behandelt, wie ein Bauteil für die Berechnung sinnvoll vorbereitet wird.

• Vereinfachung komplexer Geometrie für die Simulation
• Entfernen simulationsirrelevanter Details wie Fasen oder Bohrungen
• Werkstoffkennwerte wie E-Modul und Streckgrenze zuordnen
• Symmetrien zur Reduktion des Rechenaufwands nutzen
• Kontaktbedingungen zwischen mehreren Bauteilen definieren
• Modellqualität vor der eigentlichen Berechnung prüfen

Vernetzung und Netzqualität Die Genauigkeit einer Simulation hängt maßgeblich vom zugrunde liegenden Berechnungsnetz ab. Dieser Block vermittelt die Grundlagen der Vernetzung und deren Bewertung.

• Grundprinzip der Finite-Elemente-Methode nachvollziehen
• Automatische Vernetzung erzeugen und kontrollieren
• Elementgröße und Netzfeinheit gezielt anpassen
• Netzverfeinerung an kritischen Bereichen vornehmen
• Netzqualität anhand von Kennzahlen beurteilen
• Zusammenhang zwischen Netzfeinheit und Rechengenauigkeit einschätzen

Lastfälle, Randbedingungen und Berechnung Eine realistische Simulation erfordert realistische Annahmen zu Belastung und Lagerung. Dieser Block behandelt, wie Lastfälle definiert und die eigentliche Berechnung durchgeführt wird.

• Kräfte, Drücke und Momente am Bauteil aufbringen
• Lagerungen und Fixierungen realitätsnah festlegen
• Mehrere Lastfälle für ein Bauteil vergleichend definieren
• Eine lineare statische Berechnung starten und überwachen
• Konvergenzverhalten der Berechnung einschätzen
• Typische Fehlermeldungen bei der Berechnung einordnen

Ergebnisauswertung und Plausibilitätsprüfung Eine Simulation ist erst dann nützlich, wenn ihre Ergebnisse richtig interpretiert werden. Dieser Block vertieft die praxisnahe Auswertung der Berechnungsergebnisse.

• Spannungsverteilungen am Bauteil visuell auswerten
• Vergleichsspannung und zulässige Werkstoffspannung gegenüberstellen
• Verformungen des Bauteils unter Last beurteilen
• Sicherheitsfaktoren aus den Ergebnissen ableiten
• Ergebnisse auf Plausibilität gegenüber der Erwartung prüfen
• Simulationsergebnisse für die Konstruktionsdokumentation aufbereiten

Praxis: Bauteil von der Modellvorbereitung bis zur Ergebnisauswertung

• Analyse eines vorgegebenen, bereits konstruierten Bauteils
• Vereinfachung der Geometrie für die Simulation
• Zuordnung realistischer Werkstoffkennwerte
• Automatische Vernetzung des Bauteils
• Gezielte Netzverfeinerung an kritischen Stellen
• Definition eines realistischen Lastfalls mit Kräften und Lagerung
• Durchführung der linearen statischen Berechnung
• Auswertung der Spannungsverteilung am Bauteil
• Auswertung der Verformung unter der definierten Last
• Ableitung eines Sicherheitsfaktors aus den Ergebnissen
• Plausibilitätsprüfung der Ergebnisse gegenüber der Erwartung
• Dokumentation der Simulationsergebnisse im Kurs

Der Kurs verbindet bewusst Konstruktion und Berechnung, statt beide Bereiche getrennt zu betrachten: Ein Bauteil, das nur nach Erfahrungswerten dimensioniert wird, kann überdimensioniert und damit unnötig schwer oder teuer sein, oder im ungünstigen Fall unterdimensioniert und im Betrieb versagen. Die Simulation liefert eine nachvollziehbare, rechnerische Grundlage für solche Entscheidungen. Am Ende steht ein vollständig bearbeitetes Bauteilprojekt, das den Weg von der ersten Modellvereinfachung bis zur begründeten Ergebnisinterpretation abbildet. Diese Arbeitsweise entspricht dem praktischen Vorgehen bei der anwendungsnahen Bauteilsimulation in Konstruktionsabteilungen.

Der Kurs richtet sich an CAD-Anwender:innen, die ihre Konstruktionskompetenz um die praktische Nutzung von Simulationswerkzeugen erweitern möchten.

• CAD-Konstrukteur:innen mit Interesse an Bauteilsimulation
• Techniker:innen, die Bauteile künftig rechnerisch statt nur erfahrungsbasiert auslegen
• Berufserfahrene mit CAD-Grundlagen und Interesse an Technischer Mechanik
• Mitarbeitende in Konstruktionsabteilungen mit Aufgaben in der Bauteilauslegung
• Personen, die eine Ergänzung zu reiner Konstruktionskompetenz suchen

Der Kurs verbindet kompakte fachliche Erklärungen zu Simulationsgrundlagen mit unmittelbarer praktischer Anwendung an eigenen Bauteilen. Jeder Simulationsschritt, von der Modellvorbereitung über die Vernetzung bis zur Ergebnisauswertung, wird zunächst kurz erklärt und anschließend selbstständig durchgeführt. Besonderer Wert liegt auf der kritischen Einordnung der Ergebnisse, damit Simulationsresultate nicht ungeprüft übernommen, sondern auf Plausibilität geprüft werden. Der Kursfortschritt orientiert sich am eigenen Simulationsprojekt jeder teilnehmenden Person.

Der Kurs ist kompakt über mehrere Wochen angelegt, wobei sich die genaue Dauer nach Lernformat und Vorkenntnissen richtet. Der Umfang orientiert sich an der vollständigen Bearbeitung eines Simulationsprojekts von der Modellvorbereitung bis zur Ergebnisinterpretation. Wer bereits Erfahrung in der Technischen Mechanik mitbringt, kann sich stärker auf die softwareseitige Umsetzung konzentrieren. Die zeitliche Planung wird zu Kursbeginn abgestimmt.

Der Kurs schließt mit einer trägerinternen Teilnahmebescheinigung ab, die die erworbenen Kenntnisse in der CAD-integrierten Bauteilsimulation dokumentiert. Es handelt sich um einen qualifizierten Nachweis des Kursanbieters, keine akademische oder herstellerseitige Prüfung. Das im Kurs bearbeitete Simulationsprojekt mit Ergebnisauswertung eignet sich als Arbeitsprobe für Bewerbungen in Konstruktions- und Entwicklungsabteilungen. Für tiefergehende Berechnungsaufgaben in spezialisierten Simulationsrollen sind weiterführende, akademisch ausgerichtete Qualifizierungen sinnvoll.

Konstrukteur:innen, die ihre Bauteile zusätzlich simulieren können, sind in Entwicklungsabteilungen deutlich vielseitiger einsetzbar als reine CAD-Anwender:innen, weil sich Konstruktionsentscheidungen rechnerisch statt nur erfahrungsbasiert begründen lassen. Das schafft Vertrauen bei Kolleg:innen aus Berechnung und Qualitätssicherung, die auf nachvollziehbare Zahlen statt auf reine Erfahrungswerte angewiesen sind. Die im Kurs erworbene Fähigkeit, Simulationsergebnisse kritisch auf Plausibilität zu prüfen, schützt vor einem verbreiteten Anfängerfehler: dem ungeprüften Vertrauen in bunte Simulationsbilder, ohne die zugrunde liegenden Annahmen zu hinterfragen. Wer versteht, wie Netzqualität und Randbedingungen das Ergebnis beeinflussen, erkennt unplausible Berechnungen deutlich schneller. Da CAD-integrierte Simulationswerkzeuge in immer mehr Konstruktionsabteilungen zum Standardwerkzeug werden, erweitert diese Zusatzqualifikation die eigene Position im Team spürbar, ohne dass dafür ein separates Ingenieurstudium der Technischen Mechanik notwendig wäre. Gerade in kleineren Konstruktionsbüros, die sich keine eigene Berechnungsabteilung leisten, ist diese Doppelkompetenz aus Konstruktion und Simulation besonders gefragt.