Simulationen mit Inventor

Transkript

1 Günter Scheuermann Simulationen mit Inventor FEM und dynamische Simulation Grundlagen und Beispiele ab Version 2011 HANSER

2 Inhalt 1 Einführung Autodesk Inventor Simulation Die Grenzen der Simulation Was fehlt Invenior-Schnittstellen Importformate Exportformate Inventor für Schüler und Studenten Inventor kostenlos? Systemvoraussetzungen Hinweise zur Installation Hardware Betriebssysteme Sonstige Anforderungen Voraussetzungen für Anwender DVD zum Buch Resümee 18 2 Digital Prototyping und Produktdesign Virtuelle 3D-Modelle Herstellung von Prototypen, Rapid Prototyping Produktoptimierung Flächen- bzw. Formoptimierung Berechnungen Dynamische Simulation 22 3 Bauteilanalysen Zebra-Analyse Entwurf, Verjüngungsanalyse Fläche, Gauß-Analyse, Gauß'sche Flächenkrümmung Schnitt, Querschnittsanalyse Krümmungsanalyse, Krümmungskammanalyse 29 4 Technische Mechanik, Festigkeitslehre und Inventor Statik Freiheitsgrade Freiheitsgrade überprüfen Anzeige der Freiheitsgrade Freiheitsgrad-Analyse Gelenke Inventor-Gelenke Reibung Kinematik Dynamik Schwerkraft, Gravitation Masse, Gewichtskraft, Trägheitsmomente Gelenkkräfte und -momente Simulation Export nach FEM Schwingungen, Eigen Frequenz, Resonanz, Modalanalyse Festigkeitslehre und FEM-Ergebnisse Festigkeitshypothesen Spannungen Verformungen 48

3 ;> Sicherheitsfaktoren, Belastung, Dehnung Kontaktdruck Knicken und Beulen Grenzen der Inventor-Mechanik 50 5 FEM.' FEM, allgemein Konvergenz Max. Anzahl der H-Verfeinerungen Stopp-Bedingung Schwellenwert für H-Verfeinerungen Konvergenz-Plots Das FEM-Netz Netzeinstellungen Lokale Netzsteuerung Allgemeine Richtlinien für die Netzerstellung Erstes Beispiel einer einfachen FE-Analyse Das Bauteil und seine Eigenschaften Die erste Simulation Abhängigkeiten, Einspannung Lasten Das Netz Simulation ausführen Materialanpassung Hauptspannungen Verformung, Verschiebung Rückstoßkräfte, Lagerkräfte Ergebnisprotokoll Bericht Parametrische FEM-Studien Das parametrische Bauteil Vorbereitung der parametrischen FE-Analyse Die parametrische Tabelle Die parametrische Simulation Parametrische Ergebnisse Das Modell anpassen 89 7 Modal- oder Eigenfrequenzanalyse Eine Modalanalyse durchführen Ein zweites Beispiel 93 8 Stimmgabel 440 Hz entwerfen Die Konstruktion Die Belastungsanalyse Netzverfeinerung Die erste Simulation Frequenzermittlung iterativ Frequenzermittlung mit parametrischer Tabelle FEM an Schweißbaugruppen Erstes Beispiel Die Baugruppe Die Schweißverbindung Die Vorbereitung der Belastungssimulation Kontakte überprüfen Die Simulation Zweites Beispiel Die Schweißkonstruktion Simulation vorbereiten Kontakte kontrollieren 111

4 221 Inhalt Die Simulation Sicherheitsfaktor Punktschweißen Die Punktschweißung im Beispiel Die Simulation vorbereiten Kontakte bearbeiten Die Simulation Die Materialbibliothek Der Stil- und Normen-Editor Material Übersicht Werkstoffkennwerte und Einheiten Farbstil der Werkstoffe Import und Export von Stilen Ein neues Material einfügen Die Stilbibliothek bearbeiten Farbstile editieren Beleuchtungen einstellen Bewegung im Inventor Studio Problematische Materialien in derfeml Beispiel Silentblock Nicht in der FE-Analyse verwendbare Werkstoffe Polymere Werkstoffe Verbundwerkstoffe Bauteile mit großen Verformungen Einfache Bewegungssimulationen 137 1,1.1 Baugruppen von Hand bewegen Automatische Bewegung in der Baugruppe ,3 Bewegung in der Präsentation Eine Präsentation erstellen Die automatische Explosionsmethodel Die manuelle Explosion Die Präsentationsanimation von Schrauben Eine neue Präsentation erstellen Komponentenpositionen Die Schraubenbewegung animieren, der Film geht ab Bewegung im Inventor Studio Die Inventor Studio- Arbeitsumgebung Beispiel einer Studio-Animation Vorbereitung der Animation Abhängigkeit animieren Die Ablaufsteuerung Animation aufzeichnen Die dynamische Simulationsumgebung Die Arbeitsumgebung Funktionsgruppe Verbindung Funktionsgruppe Laden Funktionsgruppe Ergebnisse Funktionsgruppe Animieren Funktionsgruppe Verwalten Funktionsgruppe Belastungsanalyse Funktionsgruppe Beenden Der Objektbrowser in der dynamischen Simulation Bewegliche Gruppen einfärben Beschreibung der Gelenkarten Normgelenk Abhängigkeiten und Gelenke Vordefinierte Gelenke Gelenkeinfügungsarten 172

5 Gelenkeinfügung von Hand, die Funktion Gelenk einfügen Gelenk aus Abhängigkeit erzeugen, die Funktion Abhängigkeiten ableiten Automatische Gelenkdefinition Eigenschaften der Normverbindung bearbeiten Registerkarte Allgemein Registerkarte Freiheitsgrad x (R/T) Gelenkkräfte, Steifigke.it und Dämpfung Nichts ist starr Steifigkeit und Dämpfung - der Sprungbretteffekt Inventor ist ein Starrkörpersystem Inventor ist elastisch? Steifigkeit Dämpfung Gelenkeigenschaften Anfangsbedingungen bearbeiten Gelenkdrehmoment bzw. Gelenkkraft bearbeiten Festgelegte Bewegung bearbeiten Das Eingabediagramm Die Diagrammfläche Sektor-Optionen Start- und Endpunkt Funktionsdefinitionen speichern und laden Referenzachsen bestimmen Pendelklappe mit Schwerkraft Die Bauteile und die Baugruppe Die dynamische Simulation starten Schwerkraft definieren Die erste Simulation Einen 3D-Kontakt einfügen Die zweite Simulation Ändern der Pufferdämpfung Drehgelenkeigenschaften einstellen Das Ausgabediagramm Die Oberfläche des Ausgabediagramms Diagrammoptionen Variable anzeigen Eine zweite Variable überlagern Eine neue Kurve erzeugen Darstellungs- und Wertegenauigkeit Diagramm und Werte nach Excel exportieren Fliehkraftregler Die Baugruppe Baugruppe bewegen Die dynamische Simulation Überbestimmungen Der Objektbrowser Der Antrieb Antriebsmoment Dämpfung Reibung Die Vertikalbewegung der unteren Gleitbuchse Die Rotation Andere Gelenke mit Reibwerten versehen Die Simulation Das Ausgabediagramm Rotationsgeschwindigkeit interpretieren 221 =8=

6 lixhatt Schwingungen untersuchen Feder einfügen Simulation mit eingebauter Feder Kurven im Ausgabediagramm bearbeiten Export nach FEM und FE-Analyse von Bauteilen Die Vorbereitung Zeitschritt auswählen Bauteile zur FE-Analyse auswählen Überbestimmte Bauteile heilen In die Belastungsanalyse wechseln Die Belastungsanalysen Fazit Spielerei mit einem Ball Die Bauteile und die Konstruktion Die Simulationsumgebung Feder einfügen Schwerkraft definieren Der Ball benötigt Gelenke Der Objektbrowser Die Simulation Starres Abprallen Kurbelschwinge Die Funktion Die Bauteile Die Abhängigkeiten Nach Abhängigkeit bewegen Vorbereitung der Simulation Nichts geht mehr Geht doch! Der Antrieb Die erste Simulation Schiebegelenk einfügen Die zweite Simulation Schwerkraft und Reibung Schwerkraft Reibungswerte und Kraftübertragung Beidseitige Kraftübertragung an der Schwinge Gelenkreibungen der Drehgelenke Startposition Die dritte Simulation und das Ausgabediagramm Das Ausgabediagramm Externe Kraft einfügen Die vierte Simulation und das Ausgabediagramm Spur aufzeichnen Kurbelschwinge-Schiebevorrichtung Die Bauteile Die Funktion Gelenke einfügen Zylindrisches Schiebegelenk Punkt-Ebene-Gelenk DruckfeHer Die erste Simulation Status des Mechanismus Redundante Abhängigkeiten Redundanz hinzufügen Redundanz untersuchen Gelenkdrehmoment aktivieren Die zweite Simulation Externe Belastung Externe Kraft definieren 281 =9=

7 Antriebsmoment anpassen Die dritte Simulation Das Ausgabediagramm Export nach FEM Die FE-Analyse der Schwinge Kurbelschwinge, die Dritte Die Bauteile Die Baugruppe Die Simulationsumgebung Gelenke einfügen Räumliches Gelenk D-Kontakte Reibung definieren Die Simulation Das Ausgabediagramm Lastmoment hinzufügen Kraftkomponenfen auswerten Variante mit Feder Festgelegte Bewegung aktivieren Feder einfügen Die dritte Simulation Das Ausgabediagramm Export nach FEM Die FE-Analyse der Kurbelwelle Kolben exportieren Die FE-Analyse des Kolbens Netzeinstellungen verändern Maximalspannung suchen Verformungen des Kolbens Hubkolben-Triebwerk Die Baugruppe Die Simulationsumgebung Schwerkraft definieren Gelenke überprüfen und bearbeiten Gelenk Zylindrische, Zylinder - Kolben Gelenk Drehung:2, Rillenkugellager - Kurbelwelle Gelenke an den Sicherungsringen Gelenke am Pleuel Die erste Simulation Antrieb durch den Kolben Externe Kraft wirken lassen Externe Kraft definieren Kraft im Eingabediagramm definieren Die zweite Simulation 303 Index 317