CAE, 1.3 Übersicht Computerunterstützte Produktentwicklung
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- Gerhard Fertig
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1 1 Einleitung und Übersicht 1.1 Begrüßung 1.2 Aktuelle Marktstudie PLM-, CAD-, CAE-Systeme 1.3 Übersicht CAE (Computerunterstützte Produktentwicklung) 1 2 Die Finite Elemente Methode 2.1 Das Prinzip der FEM 2.2 Linear elastisches Materialverhalten 2.3 Nichtlinearitäten 3 Die Finite Elemente Analyse 3.1 Die prinzipielle Vorgehensweise 3.2 FE-Modellbildung (Preprocessing) 3.3 FE-Gleichungslösung (Solver) 3.4 FE-Ergebnisauswertung und interpretation (Postprocessing) CAE Inhalt der Vorlesung HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 1/ 17 Computerunterstützte Produktentwicklung Fazit: Vertrauen ist gut, Simulation ist besser. HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 2/ 17
2 Computerunterstützte Produktentwicklung Fazit: Konsequenter Einsatz der Simulation spart Zeit (und damit Kosten) HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 3/ 17 Einsparpotenzial Fazit: Optimaler Zeitpunkt für die Simulation ist die frühe Phase der Produktplanung HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 4/ 17
3 Kostenfestlegung und -verursachung Fazit: Um die Produktkosten zu minimieren, bietet die Phase der Entwicklung und Konstruktion das größte Potenzial. HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 5/ 17 Softwaresysteme Text Fazit: Leistungsstarke Simulationssoftware hat alle Bereiche der Produktentwicklung durchdrungen. HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 6/ 17
4 Gruppe von CAE-Berechnungsaufgaben Fazit: CAE-Berechnungsaufgaben lassen sich nach vier Gruppen klassifizieren. HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 7/ 17 Gruppen von CAE-Software Fazit: CAE-Berechnungssoftware lässt sich in vier Gruppen klassifizieren. HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 8/ 17
5 Berechnungswerkzeuge in der Konstruktion Mathematikprogramme zur Lösung mathematischer Gleichungen (Software MAPLE, Matlab,...) Toleranzanalysen zur Berechnung von Toleranzen in Maßketten und Baugruppen (Bestandteil moderner CAD-Software,...) Digital Mock-Up (Simulation von physikalischen Versuchen) zur Untersuchung von Ein- und Ausbauvorgängen, Kollisionsprüfungen und Baubarkeitsprüfungen (Bestandteil moderner CAD-Software,...) Betriebsfestigkeitsnachweis zur Simulation der Lebensdauer eines Bauteils (oft auf der Basis von FE-Analysen)... und folgende... HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 9/ 17 Beispiel: Boundary-Elemente-Methode, BEM Ziel: Berechnung von Verformungen und Spannungen mechanischer Konstruktionen Idee: Beschreibung einer 2D-Fläche durch einen 1D-Rand (boundary) bzw. eines 3-D-Körpers durch die begrenzenden 2D-Flächen Software: z.b. Sysnoise,... Beispiel: Blechteil als FEM-Modell (links, Fläche) und als BEM-Modell (rechts, Rand) FEM-Modell (2D-Fläche) BEM-Modell (1D- Rand) Quelle: HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 10/ 17
6 Beispiel: Mehrkörpersimulation, MKS Ziel: Berechnung von Bewegungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen Idee: Beschreibung einer Aufgabenstellung mit starren Körpern (Massen), Federn, Dämpfern und Gelenken Software: z.b. ADAMS, CamelView,... Beispiel: Dynamik einer Waschmaschine beim Schleudervorgang Quelle: HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 11/ 17 Beispiel: Maschinenelementeberechnung Ziel: Dimensionierung von Maschinenelementen Idee: Programmierung kleiner individueller Berechnungsregeln Software: z.b. MDesign/ Fa. Tedata Beispiel: Dimensionierung von Welle-Lager-Systemen Quelle: HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 12/ 17
7 Beispiel: Computational Fluid Dynamics, CFD Ziel: Simulation von Strömungsvorgängen Idee: Beschreibung des Lösungsgebietes mit Finiten Elementen Software: z.b. Fluent,... Beispiel: Umströmung eines PKWs oder eines Flugzeugs (Senkrechtstarter) Quellen: und HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 13/ 17 Beispiel: Spritzgießsimulation Ziel: Simulation des Füllvorgangs von Spritzgießbauteilen (Rheologische Auslegung von Spritzgießwerkzeugen) Idee: Beschreibung des Lösungsgebietes mit Finiten Elementen Software: z.b. Moldflow,... Beispiel: Füllen einer Form (mit unterschiedlichen Wandstärken) Quelle: HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 14/ 17
8 Beispiel: Finite-Elemente-Methode, FEM Ziel: näherungsweisen Lösung von Kontinuums- und Feldproblemen Idee: Zerlegung des Lösungsgebietes in finite (endliche) Elemente Software: Ansys, Nastran, Marc, Bestandteil moderner CAD-Systeme,... Beispiel: Verformungen und Spannungen in Blechteil Last F Last F Halter PKW-Motorhaube (linearelastisch, plastisch) HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 15/ 17 Beispiel: Strukturoptimierung (1 von 2) Ziel: Idee: Gewichts- oder Spannungsminimierung Finden eines mathematischen Extremwertes auf der Basis eines FE-Modells Software: Bestandteil moderner CAD-Software,... Beispiel: Topologieoptimierung Lager A Last F Lager B HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 16/ 17
9 Beispiel: Strukturoptimierung (2 von 2) Startversion Iteration 1 Iteration 2 Iteration 3 Iteration... theor. Optimum HS-Bochum, CAD/CAE Institut, 17/ 17
CAE. Inhalt der Vorlesung CAE. Kap. 2.1 Das Prinzip der FEM
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