Meshless Simulation: Siemens NX zu Simcenter Simsolid

Netzfreie Simulation: Siemens NX zu Simcenter Simsolid

ChampionXperience Team

30. Juni 2026 6 Minuten Lesezeit

Während die FIFA Fußball-Weltmeisterschaft 2026 Millionen von Fans weltweit in ihren Bann zieht, ist jetzt der perfekte Zeitpunkt, einen Blick auf die Technik zu werfen, die diesen wunderschönen Sport im Stillen ermöglicht. Haben Sie sich jemals gefragt, wie viel Kraft ein reguläres Tor aushält, wenn ein Schuss mit hoher Geschwindigkeit von der Latte abprallt? Normalerweise müsste ein Simulationsspezialist Stunden – wenn nicht gar einen ganzen Tag – damit verbringen, die Geometrie zu bereinigen, ein Netz zu erstellen und auf die Berechnung des Solvers zu warten, um diese Frage zu beantworten.

Heute lässt sich dieser gesamte Workflow in weniger als 20 Minuten abschließen. Durch die Kombination von Siemens Designcenter NX für die Konstruktion und Simcenter Simsolid für die Analyse gelangen Ingenieure und Konstrukteure in Rekordzeit von einer leeren Skizze zu vollständig validierten Spannungsanalysen. Erfahren Sie im Folgenden, wie dieser schnelle, CAD-unabhängige Workflow die größten Hürden in der Strukturanalyse beseitigt.

Der Flaschenhals der traditionellen FEA: Vernetzung und Entzerrung

Wer schon einmal eine herkömmliche Finite-Elemente-Analyse (FEA) durchgeführt hat, weiß, wo die eigentliche Arbeit anfällt. Sie liegt nicht in der Interpretation der Ergebnisse, sondern in der mühsamen und fehleranfälligen Vorbereitungsphase. Traditionelle FEA-Solver erfordern die Diskretisierung eines 3D-CAD-Modells in ein Netzwerk winziger Elemente – ein Prozess, der als Vernetzung bekannt ist.

Bevor Sie überhaupt ein Netz generieren können, müssen Sie in der Regel eine Entgitterung durchführen. Das bedeutet, dass Sie manuell kleine Verrundungen, Löcher, Logos und Lasergravuren entfernen müssen, die zu Fehlern im Vernetzungswerkzeug führen oder verzerrte Elemente mit hohem Seitenverhältnis erzeugen könnten. Bei komplexen Baugruppen kann diese Vorbereitungsphase leicht bis zu 80 % der gesamten Entwicklungszeit in Anspruch nehmen. Ändert sich die Konstruktion, muss dieser gesamte Prozess oft von vorn beginnen.

Simcenter Simsolid: So funktioniert die gitterfreie Simulation

Simcenter Simsolid, ursprünglich von Altair Engineering entwickelt und heute ein wichtiger Bestandteil des Siemens Simcenter-Portfolios, verfolgt einen völlig anderen Ansatz. Es handelt sich um einen vollständig netzfreien Solver. Anstatt das Modell in ein herkömmliches Finite-Elemente-Gitter zu zerlegen, verwendet er fortgeschrittene mathematische Verfahren, um Spannungen und Verschiebungen direkt auf den nativen CAD-Oberflächen zu approximieren.

Da es direkt mit vollständiger CAD-Geometrie arbeitet, müssen Sie Ihr Modell nie vereinfachen. Sie können Verrundungen, Schrauben und Logos an ihrer ursprünglichen Position belassen. Dadurch entfallen die beiden zeitaufwändigsten Schritte des Simulationsablaufs, sodass Sie Strukturanalysen in Sekundenschnelle oder Minuten auf einem Standard-Desktop-PC durchführen können.

NAFEMS-Validierung: Geschwindigkeit ohne Genauigkeitsverlust

Wenn Ingenieure den Begriff „netzfreie Simulation“ hören, sind sie oft skeptisch. Wie kann ein Solver so schnell sein, ohne Abstriche bei der Genauigkeit zu machen? Glücklicherweise ist diese Methodik nicht nur ein Marketingversprechen. Die Genauigkeit der mathematischen Algorithmen hinter Simcenter Simsolid wurde unabhängig von NAFEMS, der internationalen Autorität für die Qualität von Ingenieurmodellierung, -analyse und -simulation, bestätigt.

In unabhängigen Benchmark-Tests, wie sie beispielsweise von den technischen Experten von NAFEMS durchgeführt wurden, erwiesen sich die Konvergenzergebnisse der Software als äußerst zuverlässig und stimmten oft innerhalb eines Bruchteils eines Prozents mit den Ergebnissen herkömmlicher, hochpräziser FEA-Verfahren überein. Sie erhalten die Geschwindigkeit eines schnellen Entwurfstools kombiniert mit der Zuverlässigkeit eines validierten Solvers.

Schritt für Schritt: Modellierung und Simulation eines WM-Tors in wenigen Minuten

Um die Leistungsfähigkeit dieses Arbeitsablaufs zu veranschaulichen, betrachten wir ein reguläres FIFA-Weltmeisterschaftstor. Laut dem International Football Association Board (IFAB) muss ein Standardtor exakt 8 Fuß hoch und 24 Fuß breit sein, aus verstärktem Aluminium bestehen und ein Rahmenprofil mit einer maximalen Breite von 5 Zoll aufweisen.

Schritt 1: Zielgestaltung in Siemens NX

In Designcenter NXist das Erstellen dieser Geometrie unglaublich einfach:

Beginnen Sie mit einer einfachen 2D-Skizze, die die drei Hauptlinien des Torrahmens darstellt und den IFAB-Abmessungen von 8 Fuß mal 24 Fuß entspricht.
Bringen Sie an den oberen Ecken kleine Abrundungen an, damit der Rahmen einen sanften Übergang erhält.
Verwenden Sie eine singleTube-Operation, um ein hohles Kreisprofil entlang des Skizzenpfads zu erzeugen.

Da Simcenter Simsolid vollständig CAD-unabhängig ist, müssen Sie diese Datei nicht in ein neutrales Format wie STEP oder IGES exportieren. Sie speichern einfach die native NX-Teildatei und importieren sie direkt.

Schritt 2: Einrichten der gitterfreien Simulation in Simcenter Simsolid

Sobald Sie die native CAD-Datei importiert haben, erkennt die Software automatisch die Verbindungen und Kontaktbedingungen der Baugruppe. Anschließend ist die Einrichtung der physikalischen Parameter mit wenigen Klicks erledigt:

Studie definieren: Eine neue strukturelle lineare Studie erstellen.
Einschränkungen anwenden: An den Unterseiten der Torpfosten, wo diese im Boden verankert sind, sollen unbewegliche Stützen angebracht werden.
Last aufbringen: Definieren Sie eine konzentrierte Kraft auf die Querlatte, um den Aufprall eines Fußballs mit hoher Geschwindigkeit zu simulieren.
Solver ausführen: Klicken Sie auf „Lösen“. Die Analyse ist in etwa 30 Sekunden abgeschlossen.

Sobald die Berechnung abgeschlossen ist, können Sie sofort zwischen den Diagrammen für Verschiebung, Spannung, Dehnung und Sicherheitsfaktor umschalten. Mit dem Informationen auswählen “ können Sie auf einen beliebigen Bereich des Querträgers klicken, um die genauen Spannungswerte abzulesen und so zu überprüfen, ob die verstärkte Aluminiumkonstruktion innerhalb ihrer Streckgrenzen liegt.

Traditionelle FEA vs. gitterfreie Simulation: Ein direkter Vergleich

Um diesen Arbeitsablauf besser einordnen zu können, betrachten wir, wie sich der traditionelle Finite-Elemente-Workflow im Vergleich zum gitterfreien Ansatz darstellt:

Workflow-Schritt	Traditioneller FEA-Workflow	Simcenter Simsolid Workflow
Geometrie-Vorbereitung	Erfordert manuelle Nachbearbeitung (Entfernen von Abrundungen, kleinen Löchern und Logos)	Keine. Funktioniert direkt mit nativen, voll ausgestatteten CAD-Systemen
Vernetzung	Kann Stunden dauern; neigt bei komplexen Teilen zu Verbindungsfehlern	Vollständig eliminiert
Lösungszeit	Minuten bis Stunden, abhängig von der Maschendichte und der Anzahl der Knoten	Sekunden bis Minuten auf einem Standard-PC
Designiterationen	Langsam. Jede CAD-Änderung erfordert eine Neuvernetzung und den Neuaufbau von Abhängigkeiten	Nahezu sofort. Tauschen Sie die CAD-Datei aus und führen Sie die Studie erneut durch

Die Zukunft der Validierung in der Entwurfsphase

Durch die Beseitigung der Reibungsverluste bei der Vernetzung und Geometriebereinigung können Ingenieurteams wichtige strukturelle Entscheidungen bereits früh in der Entwurfsphase treffen, wenn Änderungen noch einfach und kostengünstig umzusetzen sind. Dieser Workflow eignet sich nicht nur für Zielpfosten, sondern ist auf jede komplexe Baugruppe anwendbar, bei der schnelles, zuverlässiges und validiertes strukturelles Feedback benötigt wird.

Um mehr darüber zu erfahren, wie diese Tools Ihre Entwicklungsprozesse beschleunigen können, sehen Sie sich die Originalanleitung im Siemens Simcenter Blog an.

Wie würde sich Ihr Konstruktionsprozess verändern, wenn Sie die Vernetzungsphase eliminieren würden? Teilen Sie uns Ihre Meinung in den Kommentaren unten mit oder abonnieren Sie unseren Newsletter für weitere CAD/CAM-Tutorials!