Hoe lang duurt een FEM-analyse?

Een FEM-analyse duurt gemiddeld tussen een halve dag en enkele weken, afhankelijk van de complexiteit van het model, het type belasting en de gewenste nauwkeurigheid. Voor eenvoudige onderdelen met lineaire belasting ben je vaak binnen een dag klaar. Bij complexe samenstellingen met niet-lineair materiaalgedrag of dynamische belastingen loopt de doorlooptijd aanzienlijk op. In dit artikel beantwoorden we de meest gestelde vragen over de tijdsinvestering van een FEM-analyse.

Welke factoren bepalen de doorlooptijd van een FEM-analyse?

De doorlooptijd van een FEM-analyse wordt bepaald door vier samenhangende factoren: de geometrische complexiteit van het model, het type analyse, de vereiste nauwkeurigheid en de beschikbare rekenkracht. Elk van deze factoren kan de benodigde tijd aanzienlijk verlengen of verkorten, en ze beïnvloeden elkaar onderling.

Geometrische complexiteit: Een eenvoudig symmetrisch onderdeel vraagt weinig voorbereidingstijd voor het meshen. Een complexe samenstelling met veel kleine features, dunne wanden of gekromde vlakken vergt veel meer tijd om correct te modelleren.
Type analyse: Statische lineaire analyses zijn relatief snel. Niet-lineaire analyses, vermoeiingsberekeningen, thermische koppelingen of dynamische simulaties vereisen meer iteraties en langere rekentijden.
Nauwkeurigheidseisen: Hoe fijner het mesh en hoe strikter de convergentiecriteria, hoe langer de berekening duurt. Voor een eerste indicatie volstaat een grover model; voor validatie of certificering is een verfijnd model noodzakelijk.
Materiaalgedrag: Lineair elastisch materiaalgedrag is rekenkundig eenvoudig. Plastisch gedrag, kruip of contactmechanica verhogen de complexiteit en daarmee de rekentijd sterk.
Beschikbare hardware: Moderne workstations met meerdere kernen en voldoende werkgeheugen verkorten de rekentijd aanzienlijk ten opzichte van standaard kantoorcomputers.

Naast de technische factoren speelt ook de kwaliteit van de invoergegevens een grote rol. Onvolledige of inconsistente randvoorwaarden leiden tot extra iteratieslagen, wat de totale doorlooptijd vergroot.

Hoe lang duurt een eenvoudige versus complexe FEM-berekening?

Een eenvoudige FEM-berekening, zoals een statische sterkte-analyse van een enkelvoudig onderdeel met bekende belastingen, duurt doorgaans een halve tot twee werkdagen. Een complexe FEM-analyse van een volledige samenstelling met niet-lineair gedrag, contact tussen onderdelen of dynamische belasting kan meerdere weken in beslag nemen.

Om dit concreter te maken, zijn hier enkele richtlijnen per type analyse:

Eenvoudige statische analyse (enkelvoudig onderdeel): 0,5 tot 2 dagen, inclusief modellering en rapportage
Statische analyse van een samenstelling: 2 tot 5 dagen, afhankelijk van het aantal contactvlakken en de complexiteit van de geometrie
Thermische of thermomechanische analyse: 3 tot 8 dagen, vanwege de koppeling tussen temperatuurveld en mechanische respons
Niet-lineaire of dynamische analyse: 1 tot 4 weken, afhankelijk van de gewenste nauwkeurigheid en het aantal belastingsstappen
Vermoeiingsanalyse of levensduurberekening: 2 tot 5 weken, inclusief het opstellen van het belastingspectrum en de postprocessing

Deze tijdsindicaties zijn richtlijnen en geen vaste prijslijst. De werkelijke duur hangt altijd af van de specifieke situatie. Neem contact op voor een inschatting op maat.

Wat is het verschil tussen rekentijd en projectdoorlooptijd bij FEM?

Rekentijd is de tijd die de computer nodig heeft om het FEM-model numeriek op te lossen. Projectdoorlooptijd omvat alles daaromheen: het opstellen van het model, het definiëren van de randvoorwaarden, de controle van de resultaten en de rapportage. In de praktijk is de rekentijd vaak slechts een klein deel van de totale projectdoorlooptijd.

Een FEM-project bestaat typisch uit de volgende fasen:

Vraagstelling en scope-definitie: Wat moet er berekend worden, welke belastingen gelden en wat zijn de acceptatiecriteria?
Geometrievoorbereiding: Het vereenvoudigen en opschonen van het 3D-model voor gebruik in de FEM-software
Meshing en randvoorwaarden: Het aanmaken van het rekennetwerk en het toepassen van materiaalgegevens, contactdefinities en belastingen
Berekening (rekentijd): Het daadwerkelijk oplossen van het model door de solver
Postprocessing en validatie: Het interpreteren van de resultaten, het controleren op convergentie en het beoordelen van de uitkomsten
Rapportage: Het vastleggen van de bevindingen in een technisch rapport met conclusies en aanbevelingen

Bij een complexe analyse kunnen de geometrievoorbereiding en postprocessing samen meer tijd kosten dan de rekentijd zelf. Dit is een belangrijk gegeven als je een FEM-analyse plant binnen een strak projectschema.

Hoe kan de doorlooptijd van een FEM-analyse worden verkort?

De doorlooptijd van een FEM-analyse verkort je het meest effectief door vroeg te beginnen met een duidelijke scope, een goed voorbereid 3D-model aan te leveren en de juiste analyseaanpak te kiezen voor het gestelde doel. Onnodige complexiteit in het model is de meest voorkomende tijdverspiller.

Concrete maatregelen die de doorlooptijd verkorten:

Gebruik een gefaseerde aanpak: Start met een grof model voor een eerste indicatie en verfijn alleen de kritische gebieden in een tweede stap
Lever een opgeschoond CAD-model aan: Verwijder onnodige features zoals kleine afrondingen, draadgaten en decoratieve elementen die de mesh-kwaliteit verlagen
Definieer de randvoorwaarden vooraf: Zorg dat belastingen, steunpunten en materiaaleigenschappen beschikbaar zijn voordat de analyse start
Kies de juiste analyseaanpak: Niet elke vraag vereist een volledige niet-lineaire analyse. Een lineaire benadering geeft vaak al voldoende inzicht voor een ontwerpbeslissing
Maak gebruik van symmetrie: Symmetrische geometrieën kunnen worden gereduceerd tot een kwart- of halfmodel, wat de rekentijd aanzienlijk verkort

Wanneer is een FEM-analyse de juiste keuze ten opzichte van handberekeningen?

Een FEM-analyse is de juiste keuze wanneer de geometrie te complex is voor analytische formules, wanneer belastingen meerdere richtingen hebben, of wanneer je inzicht wilt in de spanningsverdeling over een heel component. Handberekeningen volstaan voor eenvoudige, genormeerde situaties met bekende belastingsgevallen.

Handberekeningen zijn geschikt als:

De geometrie eenvoudig en regelmatig is, zoals een balk, as of standaard verbinding
Er genormeerde belastingsgevallen gelden waarvoor formules beschikbaar zijn
Een snelle eerste dimensionering nodig is in een vroeg ontwerpstadium
De nauwkeurigheidseisen beperkt zijn en een conservatieve schatting volstaat

Een FEM-analyse voegt waarde toe als:

De geometrie vrije vormen, uitsnijdingen of complexe verbindingen bevat
Belastingen variëren in richting, grootte of locatie
Je spanningsconcentraties wilt lokaliseren die met handberekeningen niet zichtbaar zijn
Thermische effecten, dynamische belastingen of vermoeiing een rol spelen
Certificering of validatie vereist is en je de resultaten moet kunnen onderbouwen

In de werktuigbouwkundige engineering worden handberekeningen en FEM-analyses vaak gecombineerd: handberekeningen voor de globale dimensionering, FEM voor de detailvalidatie van kritische onderdelen.

Hoe wij helpen bij FEM-analyses

Wij voeren FEM-analyses uit voor werktuigbouwkundige vraagstukken als onderdeel van onze werktuigbouwkundige Development & Engineering dienstverlening. Onze specialisten werken met zowel klassieke handberekeningen als geavanceerde computersimulaties, afhankelijk van wat de situatie vraagt. We kiezen altijd de aanpak die de beste balans biedt tussen nauwkeurigheid, doorlooptijd en kosten.

Wat je van ons kunt verwachten:

Een heldere scope-definitie aan het begin, zodat we geen tijd verliezen aan onnodige iteraties
Ervaren engineers die weten wanneer een lineaire analyse volstaat en wanneer een niet-lineaire aanpak nodig is
Duidelijke rapportage met conclusies en aanbevelingen die direct bruikbaar zijn in jouw ontwerpproces
Flexibele inzet, zowel voor losse analyses als als structurele versterking van je engineeringteam via Projectsupport

Wil je weten wat een FEM-analyse voor jouw specifieke vraagstuk kost en hoe lang het duurt? Neem contact met ons op voor een vrijblijvende inschatting op maat.