Software-Manual Vol. A: Benutzerhandbuch

Transkript

1 Versin: Sftware-Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Stand:

2 Cpyright 2015, Parslve GmbH, Düsseldrf, Deutschland. Alle Rechte vrbehalten. Diese Dkumentatin und zugehörige Sftware können hne vrherige Ankündigung geändert werden. Wir übernehmen keine Gewähr für deren Richtigkeit.

3 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Inhalt 1 Leistungsumfang 1 2 Einführung und Kurzanleitung Einführung Kurzanleitung 3 3 Starten der Sftware 5 4 Erstellung eines Prjektes Prjekt anlegen Wahl des Materialmdells Einlesen vn Versuchsdaten 9 Hinweise zum Frmat vn Textdateien für den Imprt vn Messdaten Festlegung vn Wichtungen 12 5 Identifikatin der Materialparameter Steuerung des Identifikatinsprzesses Durchführung der Parameteridentifikatin 18 6 Dkumentatin der Ergebnisse 22

4 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch 1 Leistungsumfang Mit FEMCard Basic können Sie u.a. die flgenden Arbeiten erledigen: Einlesen vn tabellarisch angerdneten Versuchsdaten aus der Materialprüfung im Frmat.txt. Dabei kann flgendes Einheitensystem mit den flgenden Größen verwendet werden: Spannung [N/mm²] bzw. [MPa] Dehnung [-] Zeit [s] Es können unterschiedliche Belastungsarten in Bezug auf den Spannungszustand, die Dehnrate bzw. den Zeitbereich swie den Dehnungsbereich bzw. die Dehnungsamplitude am Prbekörper berücksichtigt werden, u.a.: Einaxiale Zug-, Druck-, und Schubspannungen Spannungen aus Biaxialversuchen, diese müssen nicht äquibiaxial sein Kleine und grße Verzerrungszustände Versuche bei unterschiedlichen Belastungsgeschwindigkeiten und daraus resultierenden Dehnraten Relaxatins- und Kriechversuche Zyklische Versuche bei wechselnden Frequenzen und Lastamplituden Flgende Arbeitsschritte können swhl autmatisch mit den vm Prgramm vrgeschlagenen Vreinstellungen durchgeführt werden, der vm Anwender im Bedarfsfall manuell gesteuert werden. Wichtung der Versuchsdaten zur evtl. zusätzlichen Steuerung der späteren Materialparameterermittlung Wichtung der eingelesenen Versuche untereinander Wichtung vn Längs- und Querdehnungen zueinander Wichtung unterschiedlicher Last- der Zeitbereiche jedes einzelnen Versuchs Angabe eines Startparametersatzes des gewählten Materialmdells Ermittlung der Materialparameter für Materialmdelle aus Versuchsdaten der Materialprüfung Angabe eines Startparametersatzes swie berer und unterer Iteratinsgrenzen zur Vrkalibrierung des Optimierungsprzesses Angabe eines Dämpfungswertes für ein Levenberg-Marquardt- Verfahren zur Steuerung der Geschwindigkeit und des Knvergenzverhaltens des Optimierungsprzesses Seite 1 Leistungsumfang

5 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Angabe der maximal erlaubten Iteratinsschritte im Verlauf des Optimierungsprzesses Angabe einer minimalen Fehlerquadratsumme als Abbruchkriterium des Optimierungsprzesses Nutzung verschiedener Visualisierungs- und Prtkllfunktinen Auswahl der Darstellungsart vn eingelesenen Versuchsdaten Einstellen der Anzeigemdi während des Optimierungsprzesses Möglichkeit der Pause des Optimierungsprzesses und Veränderung vn Steuerungsparametern Ausgabe eines Auswerteprtklls nach erflgtem Optimierungsprzess mit Angabe aller wichtigen Daten wie Gewähltes Materialmdell Berücksichtigte Versuchsdaten Krrelatinsmatrix Ergebnis-Materialparametersatz Diagramme mit Darstellung der Anpassungsqualität der einzelnen Versuchskurven Im Rahmen dieses Sftwaremanuals werden die wichtigsten Funktinen vn FEMCard Basic in Frm einer Kurzanleitung s allgemein wie möglich vrgestellt, s dass sich jeder Benutzer mit seiner speziellen Kmbinatin aus Versuchsdaten und Materialmdell wieder findet. Für die mathematischphysikalischen Hintergründe wird auf das Theriemanual hingewiesen (Vl. B). Bei Prblemen und dringenden Fragen zur richtigen Sftwarenutzung erreichen sie unseren Sftwaresupprt per (supprt@femcard.de). Sie erhalten dann s schnell wie möglich Unterstützung per Mail der ggfs. telefnisch per Rückrufservice. Hinweis: Die ermittelten Materialparameter sind für viele gängige FEM-Sftwares gültig bzw. es besteht die Möglichkeit einer Umrechnung der Parameter in die entsprechenden Frmate. Ebens kann die Frmulierung eines Materialmdells der verwendeten FEM- Sftware vn der in FEMCard Basic gewählten Frmulierung abweichen. Es sind zu diesem Zweck für einige FEM-Sftwares Umrechnungstabellen einiger Materialmdelle im Theriemanual verfügbar. Aufgrund der Vielzahl an auf dem Markt verfügbaren FEM- Sftwares sllte der Anwender im Zweifelsfall prüfen, b das Materialmdell vn FEMCard Basic auf die gewünschte FEM-Sftware übertragbar ist. Die in FEMCard Basic integrierten Frmulierungen der Materialmdelle finden Sie ebenfalls im Theriemanual im Kapitel Materialmdelle. Seite 2 Leistungsumfang

6 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch 2 Einführung und Kurzanleitung 2.1 Einführung Herzlich Willkmmen zum Prgramm FEMCard Basic vn DATAFEM aus dem Hause der Parslve GmbH. Das Prgramm hilft Ihnen bei der Ermittlung vn Materialparametersätzen, die Sie für Simulatinsrechnungen mit der Finite- Elemente-Methde (FEM) benötigen. FEMCard Basic wird Ihren Zeitaufwand für die Auswertung vn Versuchsdaten aus der Materialprüfung erheblich reduzieren. Die in dieser Anleitung erläuterten Funktinen und Vrgehensweisen können sich mit der Weiterentwicklung des Prgramms ändern und erweitern. Alle im Rahmen dieses Handbuchs dargestellten Vrgehensweisen sind als Hilfestellung und Vrschläge zu verstehen, um mit dem Prgramm zielgerichtet arbeiten zu können. Wir wünschen Ihnen viel Erflg bei der Arbeit mit FEMCard Basic! 2.2 Kurzanleitung Im Flgenden sind die wichtigsten Schritte, um mit FEMCard Basic arbeiten zu können, zusammenfassend chrnlgisch dargestellt. Weitergehende und vllständige Infrmatinen erhält man im weiteren Verlauf dieses Manuals und im Theriemanual. 1. Erstellen eines Prjekts Das Prjekt muss einen Prjektnamen und ein Speicherverzeichnis zugewiesen bekmmen, die später beim Abspeichern verwendet werden. Das Speicherverzeichnis sllte nicht im Windws-Verzeichnis der im Prgramme-Verzeichnis vn Windws liegen, bzw. es sllte darauf geachtet werden, dass man die nötigen Schreibrechte für das Verzeichnis hat. 2. Wahl eines Materialmdells Anhand üblicher Zurdnungen vn Materialien und Materialmdellen sllte man ein Materialmdell auswählen, das am ehesten das physikalische Verhalten des zu simulierenden Materials widerspiegelt. Dabei sllte man darauf achten, zunächst einen eher niedrigen Kmplexitätsgrad zu wählen, um diesen bei erflgreicher Anwendung später dann zu erhöhen. Dabei ist vr allem darauf zu achten, b ein Materialmdell für grße Verfrmungen ( Large Strain ) erfrderlich ist. Dies führt zu wesentlich längeren Rechenzeiten als die krrespndierenden Small Strain -Frmulierungen. Seite 3 Einführung und Kurzanleitung

7 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch 3. Einlesen vn Versuchsdaten Man sllte s viele Versuche einlesen, wie man mindestens für die Ermittlung aller im Materialmdell vrhandenen Parameter benötigt. Darüber hinaus gehende Versuche können eingelesen werden, sllten aber für die ersten Identifikatinen deaktiviert werden. Die genaue Zurdnung der Versuchsdaten zu einer vm Prgramm definierten und zum Materialmdell passenden Lastart ist dabei genau zu beachten. 4. Identifikatin der Materialparameter Man sllte den Identifikatinsprzess zunächst mit den vm Prgramm vrgeschlagenen Default-Einstellungen starten, um zu sehen, in welche Richtung sich das Ergebnis bewegt. Bei der Wahl der Startparameter und der Iteratinsgrenzen ist es wichtig, diese anhand vn Erfahrungswerten, die möglichst nahe an einem möglichen Ergebnis liegen, abzuschätzen, da dann der Algrithmus schneller und zuverlässiger knvergiert. Bei der ersten Identifikatin sllte man den LM-Wert (Dämpfungswert für die Optimierung) eher niedrig wählen, da dann der Optimierungsprzess schneller läuft. Erst wenn die Identifikatin mit einem Fehler endet, sllte man den Wert hchsetzen. Dabei sllte man als Faustregel immer den Faktr 10 bei Änderungen am LM- Wert ansetzen. Ein Abbruch der Iteratin kann, je nach Nichtlinearität des Werkstffverhaltens und gewähltem Materialmdell, ebenfalls aus einer zu geringen Anzahl an Last- bzw. Zeitschritten eines eingelesenen Versuchs resultieren. 5. Dkumentatin der Ergebnisse Nach Beendigung der Materialparameterermittlung können die Materialparameter als ASCII-File abgespeichert werden. Gleichzeitig mit dieser Ausgabe wird eine PDF-Datei mit zusätzlichen Infrmatinen ausgegeben und abgespeichert. Seite 4 Einführung und Kurzanleitung

8 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch 3 Starten der Sftware Nach dem Start vn FEMCard-Basic.exe sieht der Benutzer flgenden Bildschirm mit Startgrafik. Abb. 1: Bildschirm mit Startgrafik Nach einigen Sekunden wechselt der Bildschirm während des Initialisierungsvrgangs in flgende Darstellung: Abb. 2: Initialisierungsvrgang Seite 5 Starten der Sftware

9 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch 4 Erstellung eines Prjektes 4.1 Prjekt anlegen Nach dem Starten der Sftware öffnet sich der flgende Bildschirm: Abb. 3: Startbildschirm Es ist die Fehlerquadratsumme dargestellt, die einen Hinweis darauf gibt, dass in FEMCard Basic mittels eines Optimierers Fehlerquadrate minimiert werden; d.h. es wird die Summe der Abweichungen der simulierten und gemessenen Versuchskurven minimiert, wbei die simulierten Kurven abhängig vn den Materialparametern des vm Anwender gewählten Materialmdells sind (weitere Infrmatinen zum Optimierer siehe Theriemanual). Der Benutzer hat nun die Möglichkeit, unter dem Menüpunkt File ein neues Prjekt anzulegen, ein bereits bestehendes Prjekt zu öffnen der ein seben angelegtes der bearbeitetes Prjekt zu speichern. Das weiße Blatt (Neues Prjekt), der gelbe Ordner (Prjekt öffnen) und das Diskettensymbl (Prjekt speichern) können alternativ ebenfalls angeklickt werden. Die Prjektdateien in FEMCard Basic sind vm Frmat *.pip. In Abb. 4 ist die Eingabemaske für ein neues Prjekt dargestellt. Der Anwender sllte dem Prjekt an dieser Stelle einen Prjektnamen, den Pfad zum Speicherverzeichnis, ein Erstelldatum bzw. ein Änderungsdatum, den Namen des Sachbearbeiters swie ergänzende Angaben zuweisen, um das Prjekt auch später wieder eindeutig zurdnen zu können. Mit einem Klick auf den Buttn OK wird das Prjekt entsprechend der Angaben angelegt und der Bildschirm ändert sich für die nächsten Prjektschritte. Hinweis: Beim Abspeichern eines Prjektes wird das hier angegebene Speicherverzeichnis verwendet und nicht nchmals nachgefragt! Seite 6 Erstellung eines Prjektes

10 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Abb. 4: Anlegen eines neuen Prjektes und Angabe des Prjektrdners 4.2 Wahl des Materialmdells Es empfiehlt sich, als nächstes ein Materialmdell für die spätere Materialparameterermittlung auszuwählen, da der Benutzer dann im Flgenden bei der Eingabe vn Versuchsdaten nur nch diejenigen Versuchsarten und Datensätze einlesen kann, die mit dem gewählten Materialmdell kmpatibel sind. Links ben ist der Buttn Material mdel zu sehen und rechts daneben zunächst der Text N mdel selected (siehe Abb. 5). Dies bedeutet, dass nch kein Materialmdell für die spätere Materialparameterermittlung ausgewählt wurde. Je nachdem welches Material geprüft wurde, ergeben sich in der Regel nur nch wenige sinnvlle Materialmdelle, die man auf ihre Eignung prüfen sllte. Für die Versuchsdatenauswertung eines metallischen Werkstffs kmmen vr allem elastplastische Materialmdelle (plasticity der defrmatin plasticity) in Frage. Bei Gummimaterialien werden hingegen üblicherweise hyper- und viskelastische Mdelle bevrzugt (elasticity der viscelasticity). Bei faserverstärkten Thermplasten der Blechen ist häufig zudem transversal istrpes bzw. rthtrpes Materialverhalten zu berücksichtigen. Generell ist es wichtig, dass der Anwender grundlegende Kenntnisse der Zurdnung vn Werkstffen zu mathematisch-physikalischen Materialmdellen hat, um die richtige Vrauswahl treffen zu können. Seite 7 Erstellung eines Prjektes

11 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Abb. 5: Wahl eines Materialmdells Bei der Zuweisung eines Materialmdells geht man flgendermaßen vr: Nach der Unterscheidung zwischen elastischem der (elast-) plastischem Verhalten wird zunächst zwischen istrpem und anistrpem (richtungsabhängigem) Verhalten unterschieden. Die beiden in der Sftware zur Verfügung stehenden Arten der Anistrpie sind die transversale Istrpie und die Orthtrpie. Im nächsten Schritt entscheidet man, b es ein Materialmdell für kleine der grße Defrmatinen sein sll (small und large strain). Hinweis: Genauere Angaben zu transversal istrpen bzw. rthtrpen Materialmdellen swie zur Definitin vn small und large strain finden Sie im Theriemanual. Die Identifikatin einer Large Strain -Materialkarte dauert in der Regel deutlich länger als die einer Small Strain -Variante. Bei large-strain -Materialmdellen unterscheidet man nun zwischen der Berücksichtigung nmineller der wahrer Spannungs-Dehnungs-Daten. Sllte man ein hyper-der viskelastisches Materialmdell gewählt haben, unterscheidet man vr der endgültigen Zurdnung nch zwischen kmpressiblem und inkmpressiblem Verhalten. Hinweis: Einige Materialmdelle können bei der large strain -Variante nur wahre Spannungs-Dehnungs-Daten verarbeiten. Hinweis: Die genauen Frmulierungen der Materialmdelle swie die darin enthaltenen Parameter und Umrechnungstabellen für einige FEM-Sftwares sind im Therie-Manual verfügbar. Seite 8 Erstellung eines Prjektes

12 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch 4.3 Einlesen vn Versuchsdaten Hinweis: Ein Ordner mit Testprjekten und zugehörigen Versuchsdaten befindet sich im Installatinsverzeichnis vn FEMCard Basic. Der nächste Schritt ist das Einlesen vn Versuchsdaten aus der Materialprüfung. Auf der linken Seite sind 20 dunkelblau hinterlegte Felder mit dem Text N test laded zu sehen (Abb. 6). Dieser Text wird ebenfalls auf dem Hauptbildschirm angezeigt, sllte ein Versuchsfeld angeklickt sein, das keine Daten enthält. Abb. 6: Bildschirm vr der Eingabe vn Versuchsdaten Sie haben nun die Möglichkeit, Spannungs-Dehnungs-Kurven aus Textdateien (*.txt) einzulesen, indem sie auf den grünen + -Buttn ben links klicken der mit Dppelklick auf eines der Testfelder. Es öffnet sich ein Dialgfenster, in dem der Anwender den Versuchstyp wählen kann. Zunächst entscheidet der Benutzer, b das Material und der Versuch einem istrpen der anistrpen (transversale Istrpie der Orthtrpie) Materialverhalten zugerdnet werden sll und b der Versuch statisches Verhalten der zeitabhängiges Verhalten widerspiegeln sll. (im zweiten Fall wählt man Time Dependent ). Danach definiert man, b es sich um einen Versuch mit geringen Dehnungen ( small strain, i.d.r. bis zu 5% technischer Dehnungen) der mit grßen Verfrmungen ( large strain, ca. 5% technischer Dehnungen überschreitend) handelt. Hinweis: Je nach zuvr festgelegtem Materialmdell sind nicht alle Auswahlvarianten verfügbar, da nicht alle Versuchsarten für eine Ermittlung der zugehörigen Materialparameter in Frage kmmen. Als letztes legt man die Lastart des Versuchs fest. Es wird dabei unterschieden, b der Datensatz aus einem einachsigen Zug- der Druckversuch (Uniaxial), aus einem Schubversuch (Simple Shear) der einem Biaxialversuch (Biaxial) stammt. Die Messdaten für die Spannung(en), Dehnung(en) und bei zeitabhängigem Verhalten die zugehörige Zeit werden jeweils spaltenweise eingelesen. Anschließend Seite 9 Erstellung eines Prjektes

13 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch klickt man auf den Buttn Lad und wählt das Verzeichnis mit der zu imprtierenden Textdatei aus. Abb. 7: Einlesen vn Versuchsdaten Hinweise zum Frmat vn Textdateien für den Imprt vn Messdaten Die Spalten mit den Messdaten können durch Leerzeichen/Tabulatr, Kmma der Semikln getrennt sein. Die Zahlen in den Spalten sind Gleitkmmazahlen mit einem Punkt als Trennzeichen (Dezimalpunkt). Beispiele sind 60.2 bzw E+001 bzw E001 bzw e+001 bzw e001 usw.! In den Textdateien müssen Zeilen, die die ben genannten Bedingungen nicht erfüllen, wie Kmmentarzeilen (wie z.b. Header mit Versuchs- der Spaltenbezeichnungen) allgemein: Zeilen mit nicht numerischen Angaben mit nicht einzulesenden Messwerten welche eine ungleiche Spaltenanzahl hervrrufen mit einem # ( Dppelkreuz bzw. Number sign ) beginnen. Zuletzt müssen die jeweiligen Spalten der *.txt-datei krrekt zugerdnet werden. Hat man z.b. einen Zugversuch mit Längs- und Querdehnungsmessung ein- Seite 10 Erstellung eines Prjektes

14 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch gelesen, werden einer Spalte die Spannungen und den anderen beiden Spalten die Längs- bzw. die Querdehnungen zugerdnet. Sbald alle Angaben vllständig gemacht wurden, kann man auf OK klicken und es werden im rechten Bildschirmbereich die Versuchskurven wie eingelesen und zugewiesen angezeigt (Abb. 8). Links neben den Versuchen wird dem Anwender farblich angezeigt, b der Versuch mit in die Auswertung für ein gewähltes Materialmdell einfließen kann (grün bei passenden Daten, rt bei nicht mit dem Materialmdell knsistenten Versuchsdaten). Da im gezeigten Beispiel ein Zugversuch mit Längs- und Querdehnungsmessung eingelesen wurde, sieht man zwei Diagramme mit den jeweiligen Spannungs-Dehnungsverläufen. Im linken Diagramm sind die Spannungen über den Längsdehnungen, im rechten über die Querdehnungen angezeigt. Das Kürzel exp steht für experimentell. Über den Diagrammen kann man zwischen einigen Anzeigeptinen wählen, z.b. b ein Gitternetz angezeigt und b die einzelnen Bereiche, in denen Lastschritte unterschiedlich gewichtet werden (siehe Abschnitt 4.4), markiert werden sllen. Hinweis: Infrmatinen zu allen Versuchsarten und den in Diagrammen verwendeten Kürzeln und Bezeichnungen finden Sie im Therie-Manual. Abb. 8: Anzeige eines eingelesenen Versuchsdatensatzes Sbald man einen gültigen Versuch eingelesen hat, kann man im Prinzip bereits eine Materialparameterermittlung starten. Hierzu klickt man auf das Feld unten links Start identificatin. Wenn man dies macht und dabei nicht alle für das gewählte Materialmdell relevanten Spannungs-Dehnungs-Beziehungen berücksichtigt hat, erscheint ein Warnhinweis, dass ein Teil der im Materialmdell enthaltenen Parameter nicht bestimmt werden kann (Abb. 9). In diesem Fall ist die Default-Einstellung, dass die nicht durch die Versuchsdaten angesprchenen Parameter festgehalten bzw. fixiert werden und nur eine Identifikatin der übrigen Materialparameter stattfindet. Seite 11 Erstellung eines Prjektes

15 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Abb. 9: Warnhinweis bzgl. eingelesener Versuchsdaten Hinweis: Weitere Infrmatinen zum Festhalten vn Parametern während der Identifikatin finden Sie im Kapitel 5 dieses Manuals und im Theriemanual. 4.4 Festlegung vn Wichtungen In FEMCard Basic ist es möglich, die Identifikatin u.a. über die Wichtung zu steuern. Hierfür stehen unterschiedliche Arten der Zuweisung vn Wichtungen zur Verfügung. Im ersten Schritt kann man, sbald man mindestens zwei Versuche eingelesen hat, diese untereinander wichten. Wenn man als die Materialparameter an einen Versuch (z.b. den am besten gelungenen Zugversuch) besnders gut anpassen möchte, sllte man die Wichtung im Vergleich zu den anderen Versuchen entsprechend hch setzen. Hierdurch können Veränderungen im Zielparametersatz auftreten. Um dies durchzuführen klickt man auf den Buttn unten links mit der Aufschrift Weights T... Es erscheint dann ein Fenster, in dem der Benutzer den Versuchen Zahlenwerte zuweisen kann (Abb. 10). Je höher der relative Zahlenwert, dest höher ist das Gewicht des jeweiligen Versuchs in der Materialparameterermittlung. Seite 12 Erstellung eines Prjektes

16 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Abb. 10: Wichtung der Versuche untereinander Der Benutzer kann sich vm Prgramm die Wichtungen Weights T mittels des Buttns Suggest Values vrschlagen lassen der rechts im Fenster die Wichtungen per Eingabe verändern. Ein Kuchendiagramm unten im Fenster zeigt grafisch die Gewichtsverteilung der einzelnen Versuche während der Materialparameterermittlung an. Sllte man wieder die Default-Wichtungen nutzen wllen, klickt man erneut auf den Buttn Suggest Values. Zusätzlich kann der Anwender auch innerhalb aller eingelesenen Versuche einzelne Lastschrittbereiche und Dehnungen zueinander wichten (Abb. 11). Um dies durchzuführen klickt man auf eines der beiden Gewichtssymble links ben über den Diagrammen. TR steht dabei für test regin, SD für strain directins. Die Wichtungen TR lassen sich pr Versuch innerhalb vn sechs Lastschrittbereichen definieren. Nach Einlesen vn Versuchsdaten werden diese Wichtungen direkt vn FEMCard Basic vrgeschlagen und können danach vm Benutzer geändert werden. Hat der Versuch zwei Dehnungsrichtungen, werden nach Einlesen vn Versuchsdaten die Wichtungen SD ebenfalls direkt vrgeschlagen und können danach vm Benutzer geändert werden. Seite 13 Erstellung eines Prjektes

17 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Abb. 11: Wichtung der Lastbereiche innerhalb eines Versuchs (Weights TR) Abb. 12: Wichtung der Dehnungsrichtungen innerhalb eines Versuchs (Weights SD) Wenn z.b. für eine elastplastisches Material vr allem der E-Mdul und die Querdehnzahl besnders exakt angepasst werden sllen, kann man die Anfangsbereiche, als den (nch) elastischen Bereich der Versuche stark wichten (Weights TR). Interessiert eher der Bereich kurz vr dem Versagen der z.b. die Genauigkeit der Abbildung der nichtlinearen Verfestigung, müsste man entsprechend die hinteren Bereiche der Versuche höher wichten. Seite 14 Erstellung eines Prjektes

18 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Hat man schließlich z.b. bei einem Zugversuch die Längs- und Querdehnungen gemessen kann man diese untereinander wichten (Weights SD, Abb. 12). Auch hier können die autmatisch berechneten Default -Einstellungen jederzeit wieder durch den Klick auf den Buttn Suggest Values aufgerufen werden. Hinweis: Bei allen Wichtungen empfiehlt es sich, zunächst mit den Default-Einstellungen eine Materialparameterermittlung durchzuführen. Anhand der ersten Einschätzung zu den Ergebnissen der Identifikatin sllten dann die Wichtungen ggf. verändert werden. Seite 15 Erstellung eines Prjektes

19 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch 5 Identifikatin der Materialparameter 5.1 Steuerung des Identifikatinsprzesses Sbald man ein Materialmdell gewählt, alle relevanten Versuche eingelesen und Wichtungen vrgenmmen hat, kann man die Materialparameterermittlung vrkalibrieren und schließlich starten. Da es sich bei diesem Przess um eine mathematische Optimierung nach dem Prinzip der Minimierung der Fehlerquadratsumme handelt, sind die dabei zu berücksichtigenden Einstellungsparameter und Visualisierungsfunktinen der Sftware daran angelehnt. Nach dem Klicken auf den Start identificatin -Buttn unten links öffnet sich flgender Bildschirm: Abb. 13: Startbildschirm des Identifikatinsprzesses Es werden unter der Registerkarte Simulatin Values (unten links über dem Start Buttn ) alle zuvr eingelesenen Versuchskurven angezeigt swie ein Fenster mit der Fehlerquadratsumme, das vr Beginn der Identifikatin nch keinen Eintrag beinhalten kann. Zudem ist ein Fenster mit allen im gewählten Materialmdell enthaltenen Materialparametern zu sehen. Diese sind auf der linken Seite vn ben nach unten der Reihe nach angerdnet. Neben jedem Kennwert befinden sich vier Felder: Ein Häkchen im Kästchen neben dem Kennwert bedeutet, dass dieser während des Identifikatinsprzesses fixiert als unveränderlich und identisch mit dem Startwert bleibt. Die Spalte Lwer Limit rdnet dem Kennwert die untere Iteratinsgrenze beim späteren Optimierungsprzess zu. Die Spalte Upper Limit rdnet dem Kennwert die bere Iteratinsgrenze beim späteren Optimierungsprzess zu. Die Spalte Start Value rdnet dem Kennwert den Startwert für den späteren Optimierungsprzess zu. Seite 16 Identifikatin der Materialparameter

20 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Möchte man die Grenzen und/der Startwerte manuell ändern, sllte man darauf achten, dass man Werte und Grenzen wählt, die hinsichtlich des auszuwertenden Materials in etwa im Bereich der physikalischen Erwartungswerte liegen. Da dies bei stark nichtlinearen Materialmdellen nicht immer möglich ist, ist es ums wichtiger, sich zuvr mit dem Materialmdell und dessen mathematischer Frmulierung genauer vertraut zu machen. Hinweis: Da die Grenzen für die Materialparameter den Optimierungsalgrithmus nichtlinear beeinflussen, haben sie hierüber einen Einfluß auf die Knvergenzgeschwindigkeit. Wenn dies möglich ist, sllte deshalb die Wahl vn Grenzen (und Startparameter) in einer Größenrdnung gemacht werden, in der der Parameter wahrscheinlich liegen wird. Das Feld Maximum number f evaluatin steps gibt an, wieviele Iteratinsschritte das Prgramm höchstens durchführen sll, bis der Vrgang autmatisch beendet wird. Der Default-Wert liegt bei 200. Das Feld LM-start-value bezeichnet den Wert für die Dämpfung des Optimierungsvrgangs mittels des Levenberg-Marquardt (LM)- Verfahrens. Je niedriger dieser Wert, dest schneller bzw. mit größeren Schritten kann das Optimum gesucht und gefunden werden. Gleichzeitig ist dann aber das Risik für einen ergebnislsen Abbruch hne Knvergenz größer. Ein hher LM-Wert hingegen lässt die Iteratinen in kleineren Schritten vran gehen, bringt den Optimierer aber seltener zum Absturz. Je nach Materialmdell und Versuchsdaten können hier unterschiedliche Werte passend sein. Hierbei empfiehlt es sich, den LM-Wert in Zehnerptenz zu verändern, und hierbei falls nötig - Werte zwischen z.b und zu testen. Sllte dennch keine Knvergenz gelingen, kann man wiederum bei den Startwerten und den Iteratinsgrenzen andere Einstellungen vrnehmen. Hinweis: Ein Abbruch der Iteratin kann, je nach Nichtlinearität des Werkstffverhaltens und gewähltem Materialmdell, ebenfalls aus einer zu geringen Anzahl an Last- bzw. Zeitschritten eines eingelesenen Versuchs resultieren. Das Feld Maximum errr sum f squares gibt an, unter welchen Wert die Fehlerquadratsumme als Maß für die Anpassungsqualität sinken muss, damit die Optimierung mit der sich hieraus ergebenden Genauigkeit autmatisch endet. Dieser Wert wird in der Regel eher knservativ eingestellt, s dass die Iteratin in der Regel nicht vn selber abbricht, sndern per Klick abgebrchen werden muss, sllte die visuelle Ergebnisgenauigkeit zufriedenstellend sein. Hinweis: Im Feld Max. errr sum f squares müssen Werte unter 1e-04 in Expnentialschreibweise eingegeben werden. Werte größer gleich 1e-04 werden in Gleitkmmaschreibweise dargestellt. Hinweis: Ganz allgemein gilt, dass ein Benutzer mit wenig Erfahrung die Identifikatin zunächst mit den Default-Werten testen sllte, um schließlich mit der Zeit durch manuelle Änderungen mehr Rutine bei dieser Optimierung zu entwickeln. Seite 17 Identifikatin der Materialparameter

21 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch 5.2 Durchführung der Parameteridentifikatin Um den Optimierungsprzess und damit die Identifikatin der Materialparameter zu starten, klickt man unten links auf den Start -Buttn. Auf dem Bildschirm kann man nun sehen, wie sich die simulierten Kurven (grün) an die gemessen Kurven (blau) anpassen und wie sich die Fehlerquadratsumme (rte Kurve in Extra-Diagramm) entwickelt (Abb. 14). Der Zahlenwert für die Fehlerquadratsumme erscheint grün, wenn sich der Wert verringert und rt, wenn er ansteigt. Hinweis: Unter dem Menüpunkt Optins ganz ben im Hauptfenster kann man auswählen, b FEMCard Basic paralleles Rechnen auf mehreren CPU-Kernen nutzen sll. Paralleles Rechnen ermöglicht einen schnelleren Iteratinsverlauf während der Optimierung. Falls Ihr System dies zulässt, sllte diese Optin genutzt werden. Dabei ist Flgendes zu beachten: Es kann eine Warnung der Firewall auftreten. Bei der Verwendung des "parallel cmputing pl" in FEMCard Basic müssen für die Windws Firewall vn Micrsft einige Ausnahmeregeln hinzugefügt werden: mpiexec.exe, ctfxlauncher.exe, smpd.exe und FEMCard.Testversin.exe bzw. FEMCard-Basic.exe. Bei Firewalls anderer Hersteller ist dies eventuell nicht erfrderlich. Diese Ausnahmeregeln sind ntwendig, damit die Parallel Cmputing Tlbx in der Matlab Cmpiler Runtime (MCR) rdnungsgemäß ausgeführt werden kann. Begründung: Da die Matlab Parallel Cmputing Tlbx Multiprcessing (und nicht Multithreading) verwendet, benötigt diese Prts, um mit den Wrkern über TCP/IP auf dem lcalhst zu kmmunizieren. * *MATLAB and Simulink are registered trademarks f The MathWrks, Inc. See fr a list f additinal trademarks. Other prduct r brand names may be trademarks r registered trademarks f their respective hlders. Abb. 14: Überwachung des Identifikatinsprzesses Seite 18 Identifikatin der Materialparameter

22 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Abb. 15: Pausieren des Iteratinsprzesses und Änderung des Dämpfungswerte (LM-Wert) der Optimierung Durch einen Klick auf den Buttn Pause der das Setzen eines Häkchens beim Feld Aut-Pause kann man den Iteratinsprzess pausieren lassen (Abb. 15). Hinweis: Im Falle der Nutzung der Aut-Pause-Funktin pausiert die Optimierung nach dem nächsten Iteratinsschritt und man kann durch einen Klick auf das Zahnrad-Symbl ben links Änderungen am LM-Wert durchführen. Mit einem Klick auf Cntinue unten links wird der Iteratinsprzess frtgesetzt. Sbald die Fehlerquadratsumme, die man als Abbruchkriterium gewählt hat, erreicht wurde, erscheint diesbezüglich eine Meldung (siehe Abb. 16). Sllte dieses Abbruchkriterium nicht erreicht werden, weil die Fehlerquadratsumme zu klein gewählt wurde, iteriert das Prgramm s lange, bis der maximale Auswerteschritt durchgerechnet wurde. Sllte die Genauigkeit der Anpassung augenscheinlich gut genug sein, kann der Anwender auch durch Klicken auf den Stp -Buttn die Optimierung beenden. Generell liegt es an der Einschätzung des Anwenders, b er mit der Qualität der Anpassung zufrieden ist, der b weitere Optimierungsläufe getestet werden sllen. Hinweis: Sllte man mehr Versuche als zwingend ntwendig für ein Ansprechen aller Materialparameter eingelesen haben, kann man zur Beschleunigung des Verfahrens auch die überzähligen Versuche deaktivieren, indem man auf das grüne Feld neben dem Versuchsnamen klickt. Dieses wird dann hellrt gefärbt, um den nicht aktiven Status zu signalisieren. Sbald man mit den mindestens ntwendigen Versuchen einen Parametersatz bestimmt hat, kann man diesen als Startparametersatz für eine Identifikatin mit allen Versuchen verwenden. Seite 19 Identifikatin der Materialparameter

23 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Abb. 16: Simulierte und experimentell ermittelte Versuchskurven nach Iteratinsende Unter der Registerkarte simulated values sieht man, wie gut sich die experimentellen Daten mit den Simulatinen und deren zugrunde liegendem Werkstffmdell abbilden lassen (Abb. 16, mit synthetischen Messdaten). Eine perfekte Überlagerung aller Kurvenverläufe ist mit realen Messdaten nicht möglich. Man sllte daher darauf achten, dass vr allem die Spannungszustände, die am später zu entwickelnden Bauteil vn besnderer Relevanz sind, s gut wie möglich angepasst werden und dass keine Ausreißer dabei sind. In Abbildung 17 sind die Ergebnismaterialparameter und die Iteratinsverläufe aller Materialparameter zu sehen (Registerkarte Material parameter ). Seite 20 Identifikatin der Materialparameter

24 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch Abb. 17: Ergebnismaterialkarte (links) und Iteratinsverlauf für jeden Materialparameter Abbildung 18 zeigt die Krrelatinsmatrix, welche die Abhängigkeiten der Materialparameter untereinander charakterisiert. Ein Wert vn 0 bedeutet keinerlei Abhängigkeit, ein Wert vn 1 steht für vllständige Krrelatin. Abb. 18: Ergebnismaterialkarte (links) und Krrelatinsmatrix der Materialparameter nach Iteratinsende Der Przess der Materialparameterermittlung ist damit beendet. Möchte man weitere Versuche einlesen der die Wichtungen verändern, klickt man unten rechts auf den back -Buttn um zur anderen Oberflächenanzeige zu gelangen. Seite 21 Identifikatin der Materialparameter

25 Manual Vl. A: Benutzerhandbuch 6 Dkumentatin der Ergebnisse Sbald die Materialkarte bestimmt wrden ist, kann der Benutzer sich das Ergebnis als PDF und als ASCII-File ausgeben lassen. Beide Files werden im Prjektverzeichnis gespeichert. Hierzu klickt man auf den Buttn Generate Reprts (PDF and ASCII) (Abb. 19). In dem PDF-Dkument sind alle wichtigen Infrmatinen des letzten Identifikatinsprzesses zusammengefasst. Das ASCII-File liegt im Frmat *.txt vr. Es enthält alle Infrmatinen zu den Materialparametern. Es empfiehlt sich, diese Dateien abzuheften bzw. an einem zentralen Ort zu speichern, damit alle späteren Anwender jederzeit nachvllziehen können, auf welcher Datengrundlage und mit welcher Qualität diese ermittelt wurden. Abb. 19: Buttn für die PDF- und ASCII-Ausgabe der Ergebnisse des Identifikatinsprzesses Remark: This applicatin is using the Qt framewrk. Qt is using the GNU LGPL versin 2.1. Yu can find a cpy f the GNU LGPL in the prgram directry f the applicatin. Yu can find mre infrmatin abut the Qt framewrk under Seite 22 Dkumentatin der Ergebnisse