zurück

Finite Elemente Methode (FEM)

Analog zur numerischen Strömungsberechnung (CFD), welche die Mischvorgänge innerhalb von Rührbehältern visualisiert, ermöglicht die Simulation basierend auf der Methode der Finiten Elemente (FEM) tiefere Einblicke in die mechanische Auslegung von Rührwerken, Behältern und den damit verbundenen Komponenten wie Wärmetauschern, Stromstörern oder Rohrleitungen.

Die FE-Simulation bildet somit die Grundlage für eine maßgeschneiderte und problemorientierte Dimensionierung aller Anlagenkomponenten und leistet einen wesentlichen Beitrag zur Betriebs- und Anlagensicherheit. Schadensfälle, die zu Anlagenstillstand und kostenintensivem Produktionsausfall führen (können), werden so bereits im Vorfeld vermieden.

Die durch Messungen und Strömungssimulationen gewonnenen Belastungsdaten und die Geometrieinformationen aus dem CAD System dienen dabei als wichtige Eingabegrößen bzw. Basisdaten  für die nachfolgende FE-Analyse. 

Ihrer Bedeutung entsprechend hat die FE-Methode mittlerweile Einzug in fast alle denkbaren physikalischen Disziplinen gefunden. Die wichtigsten Einsatzgebiete in der Rühr- und Mischtechnik sind:

Neben den in der Regel statischen Belastungen durch Prozessdruck und –temperatur unterliegen Rührbehälter und dessen Einbauten einer vom Rührwerk ausgehenden hohen zyklischen Beanspruchung.

So werden z.B. am Rührwerksstutzen wechselnde Biegemomente und Querkräfte sowie schwellende Torsionsmomente und Axialkräfte als Reaktionskräfte vom Rührwerksoberteil in den Behälter eingeleitet. Behältereinbauten wie Stromstörer, Begasungseinrichtungen, Wärmetauscherrohre, Zu- und Abzugsrohre werden durch deren turbulente Anströmung ebenfalls schwellend belastet. 

Diese zyklisch beanspruchten Behälterkomponenten müssen zum Nachweis Ihrer Dauerfestigkeit im Rahmen ihrer Festigkeitsberechnung auch einer Betriebsfestigkeitsanalyse unterzogen werden, wie sie z.B. auch in den internationalen Druckgeräteregelwerken ASME2013, Section VIII, Div. 2 oder im AD2000 Merkblatt S2 beschrieben ist. 

Da der Behälter quasi auch das „Maschinenfundament“ für das Rührwerk darstellt, muss dieser zur Gewährleistung eines sicheren Rührwerksbetriebs auch gewisse Steifigkeitsanforderungen erfüllen. Hierzu muss insbesondere für den Rührwerksstutzen, oder  –  bei offenen Behältern – für die Rührwerkstraverse,  eine Verformungsberechnung durchgeführt werden, welche ein maximal zulässige Winkel- oder Axialverformung nachweist. 

Ein weiterer wesentlicher Baustein für die Betriebssicherheit der Gesamtanlage ist neben der strukturmechanischen Festigkeit auch die schwingungssichere d.h. resonanzfreie Auslegung des Gesamtsystems Behälter-Rührwerk sowie der Behältereinbauten.

Mit einer Finite-Elemente-Modalanalyse lassen sich deren Eigenfrequenzen zuverlässig berechnen, so dass Resonanz mit den vom Rührwerk erzeugten Erregerfrequenzen sicher ausgeschlossen werden kann. 

Allgemein ist eine FE-Simulation empfehlenswert bei:

Kontakte Weltweit Finden Sie Ihren Lokalen Ansprechpartner

Jetzt Suchen