Spanningssimulaties

Spanningssimulaties zijn computationele analyses die de verdeling van spanningen, vervormingen en gerelateerde respons in materialen of constructies voorspellen wanneer deze onder belasting komen te staan. Het doel is inzicht krijgen in structurele prestaties, veiligheid en betrouwbaarheid, zonder fysieke proeven. De meest gangbare methode is de eindige-elementenmethode (FEM).

In een typische workflow worden de geometrie, materiaaleigenschappen en randvoorwaarden gedefinieerd. De belasting wordt toegepast en een discretisatie, oftewel een mesh, van het model aangemaakt. Na oplossing levert het post-processing informatie zoals spannings- en vervormingsvelden, kritische locaties en veiligheidsfactoren. Met parametrische studies kunnen verschillende belastingen, geometrische variaties en materiaalkarakteristieken worden geëvalueerd.

Toepassingen bevinden zich in de civiele techniek (bruggen, gebouwen), de auto- en luchtvaartindustrie (structuren en onderdelen) en de biomechanica (bot- en weefselmodellen). Spanningssimulaties worden ook gebruikt bij ontwerpoptimalisatie, productontwikkeling en betrouwbaarheidsanalyse. In sommige gevallen omvatten ze dynamische belasting en contactmechanismen.

Voordelen van spanningssimulaties omvatten niet-destructief inzicht, snelle vergelijking van scenario’s en ondersteuning bij ontwerpkeuzes. Beperkingen zijn onder meer afhankelijkheid van nauwkeurige inputdata voor materialen en randvoorwaarden, aannames zoals lineair elastisch gedrag of vereenvoudigde contactregelingen die de resultaten kunnen beïnvloeden, en issues zoals meshafhankelijkheid en convergentieproblemen. Validatie met experimentele data blijft essentieel.

Software en normen: veelgebruikte tools zijn commerciële FEM-pakketten en open-sourcealternatieven. Praktische spanningssimulaties volgen doorgaans een toetsings- en validatieproces, inclusief benchmarking en afstemming op relevante normen. Spanningssimulaties vormen zo een belangrijk onderdeel van structureel ontwerp en veiligheidsbeoordeling.