Computer Aided Engineering

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1 Computer Aided Engineering André Dietzsch 03Inf

2 Übersicht Definition Teilgebiete des CAE CAD FEM Anwendungen Was hat das mit Rechnernetzen zu tun? André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 2

3 Definition Computer Aided Engineering (CAE) ist die rechnerunterstützte Lösung technischer und wissenschaftlicher Probleme vor und während des ingenieurmäßigen Entwicklungs- und Konstruktionsprozesses. CAE umfasst alle rechnergestützten konstruktiven Anwendungen von Berechnung, Prüfung, Funktionstest über die computergestützte Produktion und Fertigung bis hin zur Analyse und der computerunterstützten Qualitätskontrolle (CAQ). André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 3

4 Definition wesentliche Funktionen Entwurf Berechnung Zeichnungserstellung Dokumentation Simulation Test Quelle: André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 4

5 Teilgebiete des CAE 1 Digital Mock-Up (DMU) Digitales Versuchsmodell Ein-, Ausbauuntersuchungen, Kollisions- und Baubarkeisprüfungen Mehrköpersimulation (MKS) Reale Körper werden durch unverformbare Körper ersetzt Aufschluß über Kräfte, Beschleunigungen und Geschwindigkeiten der Körper André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 5

6 Teilgebiete des CAE 2 Numerische Strömungsmechanik (CFD) Computational Fluid Dynamics Strömungsverhalten von Flüssigkeiten und Gasen Computer Aided Software Engineering (CASE) Unterstützen bei Planung, Entwurf und Dokumentation Quelle: z.b. Versionsverwaltung, UML-Modellierung Geometriemodellierung (CAD) Finite Elemente Methode (FEM) André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 6

7 CAD Computer Aided Design Umfaßt Konstruktion, Entwicklung und Entwurf nicht nur technische Zeichnungen auch 3D und Volumenmodelle Basieren auf Datenbanken Jedes Bestandteil ist ein Objekt Änderungen und Spezifikationen sind Parameter der Objekte Quelle: André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 7

8 CAD Geschichte 1962 Ivan Sutherland stellt Sketchpad vor 1965 erste kommerzielle CAD-Systeme Ende der 60er Forschungen zur Abbildung von 3D Grundköpern Anfang 80er erste CAD Programme für PCs Mitte 80er erster Farbrenderer: 3D-CAD-System PYTHA Ende 80er 3D auch für kleinere Firmen erschwinglich Quelle: André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 8

9 CAD Darstellungsarten 2D (Punkte, Linien usw) 2 ½ D 3D Flächen und Geraden im Raum Weniger Rechenintensiv wie 3D Quelle: Kantenmodell Flächenmodell Volumenmodell Körpermodell Quelle: Konstruktionshistorie Quelle: André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 9

10 CAD Ein- Ausgabegeräte Eingabegeräte Tastatur und Maus Funktionstastatur Graphiktabletts Digitalisierer Quelle: Touchscreens Ausgabegeräte Bildschirm Drucker / Plotter Quelle: André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 10

11 CAD Datenformate DXF als Standard für 2D Zeichnungen VDA-FS Datenaustauschformat für Flächen, entwickelt vom Verband Deutscher Automobilbauer (VDA) IGES - Datenaustauschformat für 2D-Zeichnungen und 3D-Daten (Flächen) in fast allen CAD-Anwendungen als Austauschformat üblich und möglich. STEP - ein standardisiertes Dateiaustauschformat Einziges Datenformat, welches Volumen fast verlustfrei und mit Parametrik überträgt VRML97-ISO/IEC wurde ursprünglich als 3D-Standard für das Internet entwickelt Die meisten CAD-Anwendungen ermöglichen den Im- und Export André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 11

12 FEM Geschichte Erste Parallelen im alten Griechenland durch Eudoxos und Archimedes Einige Werke 1851 Schellenbach: Lösung eines Minimalflächenproblemes 1908 Ritz: neue Methode zur Lösung von Variationsproblemen (Ritzsches Verfahren) 1926 Treftz: lokal begrenzte Ansatzfunktionen 1960 Clough: FEM in Flugzeugbelastungstest Erstes Lehrbuch von Zienkiewicz: the finite element method André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 12

13 FEM Numerisches Verfahren zur Näherungsweisen Lösung partieller Differentialgleichungen mit Randbedingungen Einteilen des zu untersuchenden Problems in Teilgebiete (finite Elemente) Definieren von Ansatzfunktionen Aus Ansatzfunktion partiellen Diffenrentialgleichungen und Randbedingungen wird ein Gleichungssystem Aus GS können die gesuchten Resultate abgeleitet werden Quelle: André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 13

14 Anwendungen 1 CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application) von frz. Firma Dassault Systèmes für Flugzeugbau entwickelt heute auch für Fahrzeugbau, Schiffbau und allg. Maschinenbau eingesetzt Ansys (Analysis System) Finite Elemente Software Lösung von linearen und nichtlinearen Problemen in z.b. Thermodynamik Quelle: André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 14

15 Anwendungen 2 MATLAB (Matrix Laboratory) auf Matrizen ausgelegt dient der numerischen Lösung mathematischer Probleme vorwiegend für numerische Simulation eingesetzt Quelle: André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 15

16 CAE und Rechnernetze? Zauberwort: Parallelisierung Performance-Beispiel: Saugrohr mit ca. 1Mio. Gitterpunkten, im Bild zerlegt in 32 Gebiete Quelle: André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 16

17 Literatur CAD für Einsteiger;Böning, Koch; Wien 1994; Wiener Verlag Distributed Computer-Aided Engineering; Adeli, Kumar; Washington 1999; CRC Press André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 17

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fragen? André Dietzsch 03Inf Computer Aided Engineering 18