Simulationen mit Inventor

Transkript

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2 Günter Scheuermann Simulationen mit Inventor FEM und dynamische Simulation Grundlagen und Beispiele ab Version 2011 Konstruktionsmethodik zur Modellierung von Volumenkörpern vbleiben Sie einfach auf dem Laufenden: Sofort anmelden und Monat für Monat die neuesten Infos und Updates erhalten.

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

5 Dipl.-Ing. Günter Scheuermann ist Autor zahlreicher CAD-Bücher und unterrichtet Konstruktion an der Fachhochschule für Techniker in Erlangen Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keine Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Weise aus der Benutzung dieser Informationen oder Teilen davon entsteht, auch nicht für die Verletzung von Patentrechten, die daraus resultieren können. Ebenso wenig übernehmen übernehmen Autor und Verlag die Gewähr dafür, dass die beschriebenen Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt also auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benützt werden dürften. CAD.DE ist mit fast aktiven Mitgliedern und über 2,2 Mio. Besuchern pro Monat die größte CAD-CAM-CAE Community im deutschsprachigen Raum. Von den 500 CAx-Produktforen mit 1,4 Mio. Beiträgen werden 180 Foren von hochkarätigen Moderatoren betreut. Das Prinzip Geben und Nehmen auf CAD.DE gewährleistet ein breites Spektrum an Meinungen und ist Garant für die Unabhängigkeit von CAD.DE. Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet unter abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden Carl Hanser Verlag München Gesamtlektorat: Sieglinde Schärl Sprachlektorat: Sandra Gottmann, Münster-Nienberge Herstellung: Stefanie König Umschlagkonzept: Marc Müller-Bremer, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Datenbelichtung, Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Printed in Germany ISBN (

6 1 Einführung Autodesk Inventor Simulation Die Grenzen der Simulation Was fehlt Inventor-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 Digital Prototyping und Produktdesign Virtuelle 3D-Modelle Herstellung von Prototypen, Rapid Prototyping Produktoptimierung Flächen- bzw. Formoptimierung Berechnungen Dynamische Simulation Bauteilanalysen Zebra-Analyse Entwurf, Verjüngungsanalyse Fläche, Gauß-Analyse, Gauß sche Flächenkrümmung Schnitt, Querschnittsanalyse Krümmungsanalyse, Krümmungskammanalyse 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, Eigenfrequenz, Resonanz, Modalanalyse Festigkeitslehre und FEM-Ergebnisse Festigkeitshypothesen Spannungen Verformungen

7 4.8.4 Sicherheitsfaktoren, Belastung, Dehnung Kontaktdruck Knicken und Beulen Grenzen der Inventor-Mechanik 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 Modal- odereige genfrequenzanalyse Eine Modalanalyse durchführen Ein zweites Beispiel Stimmgabel Hz entwerfen fen Die Konstruktion Die Belastungsanalyse Netzverfeinerung Die erste Simulation Frequenzermittlung iterativ Frequenzermittlung mit parametrischer Tabelle FEManSchwei hweißbaugruppen Erstes Beispiel Die Baugruppe Die Schweißverbindung Die Vorbereitung der Belastungssimulation Kontakte überprüfen Die Simulation Zweites Beispiel Die Schweißkonstruktion Simulation vorbereiten Kontakte kontrollieren

8 9.2.4 Die Simulation Sicherheitsfaktor Punktschweißen Die Punktschweißung im Beispiel Die Simulation vorbereiten Kontakte bearbeiten Die Simulation Die Material rialbibliothek 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 der FEM Beispiel Silentblock Nicht in der FE-Analyse verwendbare Werkstoffe Polymere Werkstoffe Verbundwerkstoffe Bauteile mit großen Verformungen Einfache Bewegungssimulati ssimulationen Baugruppen von Hand bewegen Automatische Bewegung in der Baugruppe Bewegung in der Präsentation Eine Präsentation erstellen Die automatische Explosionsmethode 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 Simulationsumgebung159umgebung 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

9 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, Steifigkeit 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

10 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 Spiele lereimit einemball Die Bauteile und die Konstruktion Die Simulationsumgebung Feder einfügen Schwerkraft definieren Der Ball benötigt Gelenke Der Objektbrowser Die Simulation Starres Abprallen Kurbelschw schwinge 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 ander 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 Druckfeder Die erste Simulation Status des Mechanismus Redundante Abhängigkeiten Redundanz hinzufügen Redundanz untersuchen Gelenkdrehmoment aktivieren Die zweite Simulation Externe Belastung Externe Kraft definieren

11 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 Hubkolben-Triebwerk... k Die Baugruppe Die Simulationsumgebung Schwerkraft definieren Gelenke überprüfen und bearbeiten Gelenk Zylindrisch:1, 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 Das Ausgabediagramm Lastmoment hinzufügen Kraftkomponenten 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 Index