Grundlagen FEM mit SolidWorks 2010

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1 Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags Grundlagen FEM mit SolidWorks 2010 Berechnungen verstehen und effektiv anwenden Auflage Crash-Kurs SolidWorks 2010 Seite 1

2 Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags Inhalt 1. Einführung Modellieren Sie einen 3D-Volumenkörper Zusammenbauen- Erstellen einer Baugruppe Erstellen einer 2D-Zeichnung Übung: Hebelpresse Einführung In diesem Kurs lernen Sie: die Benutzeroberfläche von SolidWorks kennen das 2D-Skizzieren auf Ebenen wie man aus einer 2D-Skizze einen 3D-Volumenkörper erstellt wie man eine Baugruppe erstellt die Zeichnungserstellung etc. Bearbeitungsdauer: ca. 12 Stunden (4h Theorie und 4h bzw. 8h Übung) Die Beispiele wurden mit SolidWorks 2010 erstellt. Die gezeigte Vorgehensweise gilt aber auch für ältere und neuere Versionen von SolidWorks. Die SolidWorks CAD-Software ist ein feature-gestütztes (Feature = Elemente, aus denen ein 3D-Teil zusammengesetzt ist, wie Aufsätze, Schnitte, Bohrungen etc.), parametrisches Konstruktionswerkzeug zur Volumenmodellierung, das die leicht erlernbare grafische Benutzeroberfläche von Windows verwendet. Sie können voll assoziative (Änderungen am Modell werden in Zeichnungen und Baugruppen automatisch übernommen), dreidimensionale Volumenmodelle erstellen. Nach dem Öffnen von SolidWorks erscheint diese Benutzeroberfläche: Pulldown-Menüs Symbolleisten n SolidWorks Ressourcen Konstruktionsbibliothek Datei-Explorer Erstellen Sie nun ein neues Dokument. Wählen Sie Teil und bestätigen Sie mit OK. Vieweg+Teubner Verlag Wiesbaden 2010 Seite 2

3 An dieser Stelle kann es mehrere Reiter haben - je nachdem wie viele Dokumentenvorlagen sie selber hinzugefügt haben. Arbeitsbereich Das ist der Feature-Manager. Er enthält alle Features (Objekte) eines Teiles oder einer Baugruppe, die jederzeit nachbearbeitet oder verändert werden können. Sehr wichtig sind auch die Ebenen (vorne, oben, rechts), auf denen man meistens die ersten Skizzen erstellt. Das sind die Features wie z. B. Linear ausgetragener Aufsatz. Mit ihnen kann man aus einer 2D-Skizze einen 3D-Volumenkörper erstellen. Hier finden Sie sämtliche Skizzenelemente für das Erstellen von 2D-Skizzen. 2. Modellieren Sie einen 3D-Volumenkörper Wir erstellen jetzt unseren ersten 3D-Volumenkörper: 1. Mit Rechtsklick auf Ebene vorne können Sie die Ebene einblenden. Seite 3

4 2. Mit Rechtsklick auf die Ebene vorne im Arbeitsbereich wählen Sie Skizze. Sie befinden sich dann im Skizziermodus. 3. Erstellen Sie ein Rechteck auf der Ebene vorne. Und vermaßen Sie mit Intelligenter Bemaßung wie unten dargestellt. Seite 4

5 Schließen Sie dann die Skizze mit Klicken auf. Somit verlassen Sie den Skizziermodus. Beachten Sie: Sobald dieses Symbol am oberen rechten Bildschirmrand sichtbar ist, sind Sie im Skizziermodus!! Sie können somit nur Skizzieren und keine Features (Austragen etc.) erstellen. 4. Wählen Sie Linear ausgetragener Aufsatz und tragen den Volumenkörper 10,00 mm aus. Bestätigen Sie anschließend mit (beides möglich). Seite 5

6 Nun haben Sie den ersten Volumenkörper erstellt. Im Feature-Manager sehen Sie den Aufbau des Teiles. Wenn Sie an der Skizze2 oder dem Feature Aufsatz-Linear ausgetragen1 etwas ändern wollen, müssen Sie mit Rechtsklick Skizze bearbeiten bzw. Feature bearbeiten wählen. Jetzt schneiden wir vom Volumenkörper etwas weg. 5. Wählen Sie die Vorderseite des Quaders und erstellen Sie darauf die unten dargestellte Skizze. Solange in der Skizze blaue Linien vorhanden sind, ist die Skizze nicht vollständig definiert. Sie können dann ein solches Skizzenelement mit dem Cursor anklicken und ziehen. Die vollständige Definition der Skizze erreichen Sie durch eine sinnvolle Bemaßung oder durch die Skizzenbeziehungen. Skizzenbeziehungen können Sie hier hinzufügen, anzeigen oder löschen. Seite 6

7 Fügen Sie die unten dargestellte Skizzenbeziehung Deckungsgleich für die Linie1 und den Punkt<1> hinzu. Linie1 Punkt<1 Nur noch eine Linie ist blau - diese definieren wir durch eine Bemaßung von 18 mm von der Oberkante. Jetzt sind alle Linien schwarz - die Skizze ist vollständig definiert. 6. Wählen Sie Schnitt-Linear austragen und klicken Sie die soeben erstellte Skizze an. Schneiden Sie 5 mm vom Material weg. Seite 7

8 Im FeatureManager sieht der Feature-Baum jetzt so aus. Es wurden bisher zwei Features mit Hilfe von zwei Skizzen erstellt. In einigen Beispielen im Lehrbuch muss man einen Körper in mehrere Körper aufteilen. Wie man das machen kann, wird jetzt gezeigt: 7. Fügen Sie wie unten dargestellt eine zusätzliche Ebene ein (Einfügen-Referenzgeometrie- Ebene). 8. Wählen Sie Einfügen-Features-Abspalten und nehmen Sie die folgenden Einstellungen vor. Der ursprüngliche Körper wird durch die Ebene1 geschnitten. Seite 8

9 Durch Abspalten ist ein Mehrkörperteil entstanden. Die Körper sind einzeln wählbar. Auch Trennlinien werden im Lehrbuch eingesetzt: 9. Skizzieren Sie auf der vorderen Fläche den Kreis und bemaßen Sie wie folgt. Beenden Sie das Skizzieren. 10. Fügen Sie eine Trennlinie ein (Einfügen-Kurve-Trennlinie) und wählen Sie dazu die neu erstellte Skizze und die Fläche an. Wegen der Trennlinie sind die Flächen jetzt einzeln wählbar. Dieses Feature kann für Kraftdefinitionen in FE-Analysen sehr hilfreich sein. Seite 9

10 11. Fügen Sie die folgenden Verrundungen hinzu (Einfügen-Features-Verrundung oder in Symbolleiste anwählen). Da es sich um ein Mehrkörperteil handelt, muss man den Befehl zweimal ausführen, wenn die Verrundung umlaufend sein soll. 11. Das Einzelteil ist vorerst fertiggestellt. Speichern Sie es unter dem Dateinamen Platte ab (Datei- Speichern unter...). Da es sich hier um ein Einzelteil (part) handelt, lautet der komplette Dateiname Platte.sldprt. Jetzt wird gezeigt, wie man Baugruppen erstellt. Seite 10

11 3. Zusammenbauen- Erstellen einer Baugruppe Fügt man mehrere Teile zusammen, erhält man eine Baugruppe. 1. Erstellen Sie direkt aus dem Bauteil eine Baugruppe (Datei- Baugruppe aus Teil erstellen). Wählen Sie Baugruppe und bestätigen Sie. Man kann auch direkt eine neue Baugruppe öffnen und alle Einzelteile anschließend einfügen. Durch Bestätigen mit OK wird das Einzelteil Platte.sldprt mit dem Ursprung verknüpft. Sowohl die Baugruppe als auch das Einzelteil hat einen Ursprung: (1) Ursprung Baugruppe (2) Ursprung Einzelteil Platte.sldprt Durch das obige Bestätigen wird der Ursprung (2) fest mit dem Ursprung (1) verknüpft, d. h. die Platte ist jetzt fixiert. Das sieht man auch im FeatureManager : Das (f) steht für fixiert. Diese Fixierung kann natürlich jederzeit wieder aufgehoben werden. (1) (2) 2. Fügen Sie als zweite Komponente dieselbe Platte ein (mit Einfügen-Komponente-BestehendesTeil/Baugruppe oder über die Symbolleiste (siehe rechts). Wählen Sie dann das Teil Platte.sldprt. Falls dieses Teil in SolidWorks bereits geöffnet ist, erscheint es in diesem Fenster: Seite 11

12 Wenn es nicht geöffnet ist, finden Sie das Teil mit Durchsuchen. Wenn die Graphikvorschau im aktuellen Fenster aktiviert ist, sehen Sie das einzufügende Teil bereits im Arbeitsbereich. Platzieren Sie es dann an der gewünschten Stelle durch Klicken. Das Fenster Komponente einfügen wird dann automatisch geschlossen. Im FeatureManager (rechts) sind dann beide Teile aufgeführt. Das zweite Teil ist aber im Raum noch frei beweglich, was man am (-) vor Platte<5> sieht (Platte<5> - die 5 steht, weil ich das Teil bereits zum 5. Mal eingefügt habe, bevor ich den Screenshot ausführte). In einer Baugruppe kann man alle hinzugefügten Teile durch Verknüpfungen mit den bereits vorhandenen Teilen oder anderen Features (z. B. Ebenen etc.) in Verbindung bringen bzw. positionieren. 3. Drehen Sie die Komponente in die unten gezeigte Position (z. B. über die Symbolleiste Komponente drehen). Die Verknüpfungen können dann einfacher definiert werden. Seite 12

13 4. Fügen Sie jetzt die Verknüpfungen mit hinzu: Dreimal Deckungsgleich für die jeweils angegebenen Flächen. 5. Speichern Sie die Baugruppe unter dem Dateinamen Baugruppe1.sldasm. Das Programm merkt übrigens selber, ob es sich um ein Einzelteil (*.sldprt) oder eine Baugruppe (*.sldasm) handelt. Denken Sie auch daran, ihre Dateien immer wieder zu speichern. Bei einem Programmabsturz (der leider passieren kann) gehen alle seit der letzten Speicherung ausgeführten Änderungen verloren. Seite 13

14 Vor dem zweiten Teil im FeatureManager steht kein (-) mehr, weil die Position dieses Teiles jetzt vollständig definiert ist. Im Verknüpfungsordner sind alle aktuellen Verknüpfungen in der Baugruppe aufgelistet und können natürlich jederzeit geändert oder gelöscht werden. In SolidWorks kann man natürlich auch Bohrungen erstellen und die passenden Schrauben hinzufügen. Wählen Sie zuerst einmal die isometrische Ansichtsausrichtung, um die gesamte Baugruppe im Arbeitsbereich so zu positionieren, dass man die ganze Baugruppe sieht. Testen Sie auch die anderen Ansichtsausrichtungen einmal aus! Um Bohrungen in diesen Teilen zu erstellen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Man kann die Bohrungen in den Einzelteilen selbst oder gerade in der Baugruppe erstellen. Für die zweite Möglichkeit stehen die sogenannten Baugruppen- Features zur Verfügung. 6. Wählen Sie bei den Baugruppen-Features Bohrungsassistent. Es erscheint dieses Fenster. Nehmen Sie die rechts gezeigten Einstellungen im Reiter Typ vor. Wir erstellen also eine Senkbohrung für eine Senkschraube M4. Die Endbedingung Durch alles bewirkt, dass die Bohrung durch das ganze Bauteil geht. Aktiviert man im Feature-Bereich Alle Komponenten, wird die Bohrung automatisch durch alle Bauteile erstellt. Man kann die Komponenten (Bauteile) auch manuell auswählen (Ausgewählte Komponenten). Ist Feature in Teile übernehmen aktiviert, wird die Bohrung auch in die Datei des Einzelteiles übernommen. Definieren Sie jetzt die Position der Bohrung (nächster Reiter). Zuerst klicken Sie die ungefähre Position der Bohrung an, dann können Sie bemaßen oder Beziehungen setzen. Seite 14

15 Um die Position genau bemaßen zu können, fügen Sie zwei Hilfslinien ein. Die beiden Hilfslinien sind jeweils Deckungsgleich mit den Mittelpunkten der jewei- ligen Kanten. Zudem sind die beiden Hilfslinien vertikal bzw. horizontal. Bemaßen Sie die Position der Bohrung wie unten dargestellt. Bestätigen Sie mit OK. Weil es sich bei beiden Teilen um dieselbe Datei handelt, wurde die Bohrung in beiden Teilen erstellt. Lassen Sie die beiden Teile (Komponenten) transparent darstellen. Durch Anklicken können Sie die Transparenz jederzeit wieder aufheben. 7. Aus der Toolbox können wir jetzt Schrauben hinzufügen. Diese muss aber zuerst aktiviert werden. Wählen Sie Extras- Zusatzanwendungen und aktivieren Sie die Toolbox inkl. Browser. Seite 15

16 Gehen Sie in die Konstruktionsbibliothek-Toolbox und suchen Sie dort eine Senkschraube mit Innensechskant. Dieses Fenster kann je nach installierter Toolbox so oder anders aussehen. Die Schraube können Sie direkt in den Arbeitsbereich hineinziehen (anklicken und ziehen). Damit Sie die Schraubenlänge wissen, können Sie unter Evaluieren Messen wählen. Die Schraubenlänge muss also etwas länger als 15 mm sein, weil wir auf der anderen Seite eine Mutter anbringen werden. Wenn Sie die Schraube in den Arbeitsbereich gezogen haben, platzieren Sie sie in der Nähe der Bohrung und nehmen Sie die gezeigten Einstellungen vor. Bestätigen Sie mit OK und klicken Sie ein zweites Mal im Arbeitsbereich um eine zweite Schraube einzufügen. Brechen Sie den Befehl dann ab (anklicken rotes Kreuz). Seite 16

17 Im FeatureManager sieht die Baugruppenstruktur jetzt so aus: Zusätzlich zu den beiden Platten sind jetzt auch die beiden hinzugefügten Schrauben aufgelistet. Die Schrauben werden wir jetzt noch an die richtige Stelle bringen mit Verknüpfungen. Dieser Befehl befindet sich im Reiter Baugruppe. Wählen Sie die beiden Flächen an - das Programm wählt automatisch die Standardverknüpfung Konzentrisch. Wenn die Schraube in die falsche Richtung schaut, wählen Sie: Es braucht noch eine zweite Verknüpfung Deckungsgleich. Führen Sie dasselbe nochmals für die zweite Schraube durch. Die Baugruppenstruktur sieht dann so aus (rechts). Die gesamte Baugruppe sehen Sie unten: Seite 17

18 Die beiden hinzugefügten Schrauben haben immer noch ein (-) vorgestellt, d. h. die Position ist noch nicht vollständig definiert. Die Schrauben haben noch einen Freiheitsgrad - sie sind noch drehbar. Man könnte auch diesen Freiheitsgrad noch einschränken, was aber nicht notwendig ist. (Überlegen Sie sich, wie man das machen könnte...) 8. Fügen Sie je eine Unterlagsscheibe und eine Mutter hinzu (ebenfalls aus der Toolbox). Verknüpfen Sie diese mit der bestehenden Baugruppe. Beim Hineinziehen der Unterlagsscheiben wie auch der Muttern können auch automatisch Verknüpfungen erstellt werden, indem Sie diese möglichst nahe an ihre Endposition bringen. Leider braucht das etwas Fingerspitzengefühl. Wenn es nicht klappt, legen Sie diese in die Nähe der Endposition und fügen die Verknüpfungen manuell hinzu. Für die Mutter braucht es zum Beispiel eine Verknüpfung Konzentrisch und eine Deckungsleich mit der Schraube oder der Unterlagsscheibe, die zuvor schon platziert worden ist. Wie sie oben sehen, sind die Schrauben etwas lang geraten. Das kann natürlich auch nachträglich geändert werden. Seite 18

19 Klicken Sie dazu einfach auf die Schraube - es erscheint ein grüner Pfeil. An diesem können Sie nach Klicken darauf ziehen, um die Schraube zu verkürzen. Die Baugruppe ist somit fertig erstellt. Speichern Sie die Datei. Zum Abschluss des SolidWorks-Crashkurses wird noch gezeigt, wie man aus dem 3D-Modell eine Zeichnung erstellen kann. 4. Erstellen einer 2D-Zeichnung 1. Wählen Sie Datei-Zeichnung aus Baugruppe erstellen. Es erscheint ein Fenster, in dem Sie je nach Vorlagen, die Sie gespeichert haben, ein gewünschtes Zeichnungsformat wählen können. Wählen Sie z. B. A3. Seite 19

20 2. Klicken Sie im rechten Fenster z. B. auf Vorderseite und ziehen Sie es nach links auf das Zeichnungsblatt. Erstellen Sie die unten dargestellten Ansichten und beenden Sie den Befehl. 3. Bemaßen Sie wie unten dargestellt. Wählen Sie dazu den Reiter Skizze und Intelligente Bemaßung. Seite 20

21 4. Klicken Sie auf die perspektivische Ansicht und wählen Sie Schattiert mit Kanten. Sie könnten in diesem Fenster auch den Maßstab ändern. 5. Klicken Sie auf die linke obere Ansicht mit Rechtsklick und wählen Sie Mittelkreuz. Seite 21

22 6. Klicken Sie auf die linke obere Ansicht mit Rechtsklick und wählen Sie Mittellinie. Die Mittellinien fügen Sie ein, indem Sie z. B. diese Linien in beliebiger Reihenfolge anklicken. 7. Für Baugruppen kann man noch eine Stückliste einfügen. Verschieben Sie zuerst die perspektivische Ansicht etwas nach oben und wählen Sie dann Einfügen-Tabelle-Stückliste. Platzieren Sie die Stückliste z. B. oberhalb des Zeichnungskopfes und ändern Sie Spaltenbreiten so, dass der Text auf eine Zeile passt. Seite 22

23 Die komplette Zeichnung sieht dann so aus: Ganz nach dem Motto "Übung macht den Meister" können Sie die folgende Übung durchführen. 5. Übung: Hebelpresse Modellieren Sie jedes Einzelteil anhand der Fertigungszeichnungen auf den nächsten Seiten und setzen Sie diese dann zur Baugruppe zusammen. Die Dateien der Sensoren können vom Internet heruntergeladen werden. Wie das geht, wird am Ende des Kapitels gezeigt. Bogenstück (Pos.5) Druckbolzen (Pos.3) 4xDehnmessstreifen (DMS) (Pos.22) Gewindestange (Pos.7) Drucksensor (Pos.8) Gabel (Pos.4) C-Ständer (Pos.2) Biegebalken- Sensor (Pos.9) Grundplatte (Pos.1) Seite 23

24 Alle Normteile (Pos.10-21) können Sie aus der Toolbox holen. (Die DMS Pos. 22 lassen Sie weg!) Seite 24

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28 Zum Schluss soll noch gezeigt werden, wie man Teile aus dem Internet herunterladen kann. Ein bekanntes Internetportal für das Herunterladen von 3D-CAD-Daten ist Geben Sie oben im Eingabefeld burster ein. Biegebalkensensor (Pos.9): Wählen Sie den Biegebalken 8511, dann öffnet sich eine Auswahlmaske. Dort wählen Sie als Messbereich N und es erscheint eine Vorschau des Sensors. Wählen Sie noch das 3D-CAD-Format SolidWorks und legen Sie das Teil in den Caddy. Um sich die Datei per Mail zuschicken zu lassen, müssen Sie allerdings registriert sein (gerade auch für weitere Projekte lohnt sich diese kostenlose Registration). Drucksensor (Pos.8): Wählen Sie den Sensor Zug-Druckkraft 8524 für einen Messbereich kn und lassen Sie sich die Datei wieder per Mail zuschicken. Speichern Sie die erhaltenen Dateien im Ordner der Baugruppe ab und fügen Sie diese wie schon gezeigt in die Baugruppe ein (mit den erforderlichen Verknüpfungen). Die komplette Hebelpresse sieht dann so aus: Druckkraft F Wenn Sie die Zeichnungserstellung üben wollen, können Sie die obigen Zeichnungen selber nochmals erstellen. Seite 28

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