Grundlagen des CAE / CAD

Transkript

1 Grundlagen des CAE / CAD Lernkontrolle zur Vorlesung im Sommersemester 2009 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Prof. Dr.-Ing. R. Anderl

2 2 Lernkontrolle Grundlagen des CAE/CAD Lernkontrolle Die vorliegende Sammlung von Fragen dient Ihrer Lernkontrolle. Sie entstammt nicht den Prüfungsprotokollen, stellt also nicht zwingend den Wortlaut von Prüfungsfragen dar. Grundlage für die Prüfung sind jeweils das aktuelle Skript zur Vorlesung sowie die eigene Mitschrift. Nicht alle Antworten sind somit im Skript zu finden! Bitte beachten Sie, dass die nachfolgend aufgeführten Fragen nur einen Querschnitt aller möglichen Prüfungsfragen darstellen! Grundlagen des CAE: Produktentstehungsprozess, Prozessketten, Produktdaten, CAx-Systemarchitektur 1. Was sind CA-Systeme? Nennen Sie Beispiele! 2. In der Virtuellen Produktentwicklung unterscheidet man nach dem Grad der Informationsintegrität zwischen Digital Mock-Up (DMU) und Virtuellem Prototyp. Welche Informationen werden in der virtuellen Produktdefinition beider Systeme jeweils beinhaltet. 3. Aus welchen Informationsmengen besteht das Produktmodell. Nennen Sie die Kategorien der Produktinformationen und geben Sie jeweils mindestens ein Beispiel. 4. Erläutern Sie den Begriff der Prozesskette anhand der Prozesskette CAD-FEM! 5. Erläutern Sie den Begriff der Prozesskette anhand der Prozesskette CAD-MKS! 6. Erläutern Sie den Begriff der Prozesskette anhand der Prozesskette CAD-NC! 7. Erläutern Sie den Begriff der Prozesskette anhand der Prozesskette CAD-RPT! 8. Vergleichen Sie die integrierten CAx-Systeme mit den gekoppelten hinsichtlich des Datenaustauschs. Welche Vor- und/oder Nachteile weisen sie jeweils auf. 9. Erklären Sie den Begriff des Produktlebenszyklus. 10. Was versteht man unter den Begriffen Produktmodell und Produktdatenmodell. Wie sind die Strategie und die Architektur von DV-Systemen damit verknüpft. 11. Warum braucht man ein Produktdatenmodell?

3 12. Unterscheiden Sie die folgenden Produktinformationen nach Produktdefinition und Produktrepräsentation. Ordnen Sie dazu typische Anwendungstools zu. 3 MKS PDM FEM CAD CAD/DMU DMU Bewegungssimulation Feature-Modell Montagesimulation Metadata Festigkeitsberechnung Produkstruktur Produktdefinition Produktrepräsentation 13. Vergleichen Sie die integrierten CAx-Systeme mit den gekoppelten hinsichtlich des Datenaustauschs. Grundlagen der geometrischen Modellierung 14. Erläutern Sie die Begriffe Funktion und Daten anhand einer Hermit-Kurve. 15. Für die einfachste parametrisch beschriebene Kurve, die Zweipunktkurve oder Hermite- Kurve, existieren die sog. algebraische und die vektorielle Darstellungsform. Geben Sie diese an. Weisen Sie nach, dass sich die Kurve durch die Angabe von zwei Endpunkten und Tangenten vollständig beschreiben lässt.

4 16. Für die parametrischen Kurvenbeschreibungen (Hermite-, Bézier- und B-Spline-Kurve) existieren auch zugehörige Flächenbeschreibungen. Nennen Sie diese! Handelt es sich bei den jeweiligen Beschreibungen um ein approximatives oder interpolatives Verfahren? 17. Zur geometrischen Transformation von 3D-CAD-Modellen in dreidimensionalem Raum kommen 4X4 Transformationsmatrizen zum Einsatz. a. Warum kommen gerade 4X4 Transformationsmatrizen im dreidimensionalem Raum zum Einsatz? b. Nennen Sie die charakteristischen Transformationen c. Verschieben Sie den Punkt P 1 (x, y,z)=(3,2,1) anhand der Transformationsmatrix um 3 Einheiten in X-Richtung, 4 Einheiten in Y-Richtung und 5 Einheiten in Z-Richtung und geben Sie sie neuen Koordinaten P 2 an. d. Rotieren Sie den so ermittelten Punkt P 2 um die y Achse um 60 Grad. 18. Beim Rechnergestützten Konstruieren (engl.: Computer Aided Design, kurz CAD) kommt bei der geometrischen Modellierung in modernen 3D-CAD-Systemen insbesondere die Modellierung mit Volumenmodellen (solid modeling) zum Einsatz. Die Verfahren zur geometrischen Volumenmodellierung kann man dabei in drei Klassen unterteilen. Nennen Sie die drei in der Vorlesung angesprochenen Klassen der geometrischen Volumenmodellierung und beschreiben Sie diese kurz 19. Die am weitesten verbreiteten Volumenmodelle sind Boundary-Representation Modelle. Das Wesen der B-Rep-Modelle wird durch das Zusammenwirken von Geometrie und Topologie bestimmt. Nennen Sie die geometrischen und topologischen Elemente! 20. Zur Überprüfung der Konsistenz der erstellten Modelle kommt die Euler-Poincaré-Formel zum Einsatz. a. Wie lautet die Euler-Poincaré-Formel 4 b. Weisen Sie anhand der Euler-Poincaré-Formel nach, dass die folgende Geometrien konsistent ist.

5 21. Was verstehen Sie unter Parametrische Beschreibung von Geometrien und Produkten und nennen Sie dabei jeweils ein Beispiel. 22. Vor diesem Hintergrund beschreiben Sie zwei Arten von Constraints in der Produktbeschreibung; geben Sie jeweils ein Beispiel. 23. Nennen Sie die Unterschiede zwischen variational design, parametric design und history based design. 24. Gegeben ist das untenstehende Bauteil, der unter Verwendung verschiedener Features (Konstruktionselemente) modelliert wurde. Benennen Sie die einzelnen Features und tragen Sie diese in die untenstehende Tabelle ein. Features 5

6 25. Die Kombination von generativen und akkumulativen Volumenmodellen führt zu hybriden Modellen, welche auf einer Kombination von Verknüpfungs-, Produktion- und Featuremodellen mit topologisch-geometrischen Strukturmodellen basiert. Im Folgenden Volumenkörper, Body-Features und Verknüpfungsoperatoren gegeben. Im Erzeugungsbaum sehen sie das Volumenmodell des gewünschten Endergebnisses. Erstellen Sie die Erzeugungslogik die Primärstruktur- des Hybridmodells mittels der angegebenen mengentheoretischen Operatoren und der Volumenkörper Quader-1 6 Quader-2 Zylinder_1 Rundung Mengentheoretischen Operatoren U Vereinigungsmenge, logisches ODER Durchschnittsmenge, logisches UND Differenzmenge

7 Grundlagen des CAE, Modellbildung, Berechnung und Simulation Bei dem Bottom-Up Vorgehen in der Produktmodellierung werden von unten nach oben erst die Einzelteile anhand von Gestaltelementen und dann die Baugruppen anhand von Einzelteilen erzeugt a. Erklären Sie die damit verknüpfte Strategie der Verhaltensbeschreibung. Unterscheiden Sie dabei zwischen der Berechnung und Simulation. b. Was verstehen Sie unter i. Simulation ii. Berechnung 27. Was ist ein Modell und welche Merkmale weist ein Modell auf? 28. Welche Einsatzbereiche beinhalten die Prozessketten CAD-FEA CAD-MKS CAD-DMU CAD-VR/AR CAD-RPT CAD-TPD CAD-NC/RC/MC CAD-PPS 29. Die Modellentwicklung basiert auf einer Systemanalyse, die aus dem Modellzweck hervorgeht. Daraus werden Modelle zur Strukturbeschreibung bzw. zur Verhaltensbeschreibung entwickelt. Füllen Sie unten die Lücken anhand der Liste aus. (CFD, 2x FEM, MKS) System Karosserie Anwendung Festigkeitsrechnung Modell Strömungsanalyse Motor Thermische. Belastung Bewegungssimulation

8 8 Lernkontrolle Grundlagen des CAE/CAD 30. Was bedeutet Tesselierung und Triangulation? 31. Erklären Sie das Prinzip und den Ablauf der Prozesskette CAD-FEM! 32. Berechnen Sie das folgende zwei-stabsystem anhand der vorgegebenen Informationen und ermitteln Sie dabei die Kräfte und Verschiebungen an dem Knoten 2. Nennen Sie in Ihrer mathematischen Modellierung jeden Schritt entsprechend der Vorgehensweise. 33. Im folgenden Bild sehen Sie die Darstellung eines Schraubenschlüssels. Wie würden Sie bei dem FE-Modellaufbau des Bauteils vorgehen. Es wird als Ausgangsmodell ein 3D-CAD-Modell vorausgesetzt. Beschreiben Sie Ihre Modellaufbaustrategie ausführlich. Nennen Sie in den einzelnen Schritten Ihrer genannten Modellaufbaustrategie die zu berücksichtigenden Aspekte und zu verfolgenden Ziele. Wichtig: In jedem dieser Schritte sollen der Zweck, die Herangehensweise, die optionalen Schritte und die dadurch verursachte Effekte erläutert werden. 34. Vergleichen Sie die Prozessketten CAD-MKS und CAD-FEM in ihrer theoretischen und praktischen Vorgehensweisen. Welche Ähnlichkeiten und Unterschiede weisen die Vorgehensweisen der Berechnungssysteme jeweils auf.

9 35. Beschreiben Sie ansatzweise den generativen Fertigungsprozess für RPT-Systeme. Nennen Sie dabei drei Ausführungsbeispiele mit derer Besonderheit. 36. Welches Datenformat kommt bei der Rapid Prototyping Technologie zum Einsatz? 37. Erklären Sie das Prinzip und den Ablauf der Prozesskette CAD-NC! 38. In der Prozesskette CAD-NC wird zunächst die maschinenunabhängige CL-Data (Cutter Location Data) generiert. Mittels Postprozessor wird die CL-Data in den maschinenspezifischen NC-Code überführt. Welche Informationen enthält dieser NC-Code? 9