Simulationen mit Unigraphics NX 4

Transkript

1 Reiner Anderl Peter Binde Simulationen mit Unigraphics NX 4 Kinematik, FEM und CFD HANSER

2 Inhalt 1 Einleitung Beispielsammlung, Voraussetzungen und Lernziele Arbeitsumgebungen Arbeiten mit dem Buch 20 2 Motion-Simulation (MKS) Einführung Lernaufgaben Kinematik Lenkgetriebe Aufgabenstellung Überblick über die Funktionen Überblick über die Lösungsschritte Erzeugen der Motion-Simulationsdatei Wahl der Umgebung Definition der Bewegungskörper (Links) Definition von Drehgelenken Ermittlung unbestimmter Freiheitsgrade Testlauf mit zwei unbestimmten Freiheitsgraden Definition eines kinematischen Antriebs Erzeugung eines Zahnradpaars Visuelle Kontrolle durch Nutzung der Artikulation Top-down-Entwicklung der Lenkhebelkinematik Aufgabenstellung Überblick über die Lösungsschritte Vorbereitungen Erzeugen einer Prinzipskizze der Lenkhebel Erzeugen der Motion-Simulationsdatei Definition der Bewegungskörper durch Skizzenkurven Erzeugung von Drehgelenken 55

3 Testlauf mit einem unbestimmten Freiheitsgrad Bedeutung redundanter Freiheitsgrade Einbau eines Kugelgelenks Einbau eines Zylindergelenks Erzeugung eines kinematischen Antriebs Durchführung der Artikulation Graphenerstellung der Radwinkelbewegung Erstellung von Baugruppenkomponenten aus Prinzipkurven Zufügen der neuen Komponenten zum Motion-Modell Kollisionsprüfung am Gesamtmodell der Lenkung Aufgabenstellung Erstellen der Motion-Datei Importieren der Motion-Untermodelle Zufügen der Lenkstange Erzeugung des Drehkreuzes mit einem Hilfskörper Erzeugung eines Kugelgelenks Artikulation des Gesamtsystems Mechanismus für das Einfedem zufügen Durchfahren der Bewegungen beim Einfedern und Lenken Kollisionsprüfung Lernaufgaben Dynamik Fallversuch am Fahrzeugrad Aufgabenstellung Vorbereitungen Zuordnung von Masseneigenschaften Definition der Bewegungskörper (Links) Funktionsweise des 3D-Kontakt Funktionsweise der Reibung am 3D-Kontakt Funktionsweise der Dämpfung am 3D-Kontakt Voreinstellungen für Kontakte und Genauigkeit Erzeugung eines 3D-Kontakts Animation der Ergebnisse Erzeugung einer Bewegungsspur 91

4 3 Design-Simulation (FEM) Einführung Lineare Statik Nichtlineare Effekte Einfluss der Netzfeinheit Singularitäten Eigenfrequenzen Thermotransfer Lineares Beulen Lernaufgaben lineare Analyse Kerbspannung am Lenkhebel (Sol1O1) Aufgabenstellung Laden und Vorbereiten der Baugruppe Starten der FE-Anwendung und Erstellen der Dateistruktur Wählen der Lösungsmethode Umgang mit dem Simulation-Navigator Überblick über die Lösungsschritte Materialeigenschaften definieren Vorbereitungen der Geometrie Allgemeines zur Vernetzung Standardvernetzung erzeugen Erzeugen der Last Überblick über weitere Lasttypen Erzeugender fixen Einspannung Erzeugen der drehbaren Lagerung Erzeugen der Bedingung für Spiegelsymmetrie Vollständigkeit der Einspannung prüfen Überblick über weitere Randbedingungen Ergebnisse berechnen Überblick über den Postprozessor Verformungsergebnisse beurteilen Vorläufige Spannungsergebnisse ablesen Vergleich der FE-Ergebnisse mit der Theorie Beurteilung der FE-Netzgüte Möglichkeiten zur Verbesserung des FE-Netzes Unterteilung von Flächen am interessierenden Bereich Verbesserung der Polygongeometrie 147

5 Flächenattribute zur Netzsteuerung definieren Weitere Verfeinerungen bis zur Konvergenz Gegenüberstellung der Ergebnisse und Bewertung Der Effekt von Singularitäten Temperaturfeld in einer Rakete (Soll53) Aufgabenstellung Laden der Teile Erzeugen der Dateistruktur Überlegungen zu Symmetrie und Lösungstyp Lösung erzeugen Erzeugen von Promotion-Features Erzeugen der Symmetrieschnitte Materialeigenschaften erzeugen und zuordnen Netzverbindung erzeugen Vernetzung erzeugen Temperaturrandbedingung erzeugen Konvektionsrandbedingung erzeugen Die thermische Symmetrierandbedingung Ergebnisse berechnen und anzeigen Advanced-Simulation (FEM) Einführung Sol 101: Lineare Statik und Kontakt Sol 103: Eigenfrequenzen Sol 106: Nichtlineare Statik Sol 601: Advanced Nichtlinear Lernaufgaben lineare Analyse und Kontakt (Sol 101/103) Steifigkeit des Fahrzeugrahmens Aufgabenstellung Teil Auswählen der Baugruppe Überlegungen zur Vernetzung Erzeugen der Dateistruktur für Schalenelemente-Simulation Markierungen für spätere Randbedingungen erzeugen Entfernen unrelevanter Formelemente Erzeugen der Mittelfläche Unterteilen der Fläche für den Lastangriff 178

6 Inhal Polygongeometrie für die Mittelfläche erzeugen D-Vernetzen des Flächenmodells Angeben der Wandstärke Verbinden des Netzes mit den Lagerungspunkten Materialeigenschaften Erzeugen der Last Erzeugen der Lagerungen Lösungen berechnen und bewerten Aufgabenstellung Teil Klonen der Simulationsdateistruktur Löschen von Features Erzeugen der Mittelflächen Schnitt an der Symmetrieebene Flächenunterteilungen für die Nietverbindungen Hilfspunktefür die Nietverbindungen Materialeigenschaften Polygongeometrien für die Mittelflächen zufügen Vernetzen der Teile Neuerzeugung der Verbindungsnetze Erzeugen von Modellen für Nietverbindungen Erzeugen der Symmetrierandbedingung Lösungen berechnen und bewerten Auslegung einer Schraubenfeder Aufgabenstellung Überblick über die Lösungsschritte Aufbau des parametrischen CAD-Modells Überlegungen zur Vernetzungsstrategie Überlegungen zu Randbedingungen Erzeugung der Dateistruktur und der Lösungsmethode Vorbereitungen für Randbedingungen Erzeugen eines Balkenquerschnitts Vernetzung mit Balkenelementen Verschmelzen dicht angrenzender Knoten Zuordnen von Material Zuordnen des Querschnitts Erzeugen der Einspannung Erzeugen der vorgegebenen Verschiebung Lösungen berechnen Ermitteln der Reaktionskraft 209

7 Ermitteln der maximalen Zughauptspannung Schlussfolgerungen für die Konstruktion Änderung der Konstruktion und Neuanalyse Eigenfrequenzen des Fahrzeugrahmens Aufgabenstellung Klonen eines ähnlichen Modells Erzeugen einer Punktmasse am Rahmen Einfügen einer Lösung für Eigenfrequenzen Zuweisen der Randbedingungen zur neuen Lösung Berechnen und Bewerten der Schwingungsformen und Frequenzen Bewerten sonstiger Ergebnisgrößen Klemmsitzanalyse am Flügelhebel mit Kontakt Aufgabenstellung Notwendigkeit für nichtlinearen Kontakt Funktionsweise des nichtlinearen Kontakts Laden der Baugruppe und Erzeugen der Dateistruktur Kontaktspezifische Parameter in der Lösungsmethode Symmetrieschnitte, Vereinfachungen und Materialeigenschaften Erzwingen einer übereinstimmenden Vernetzung im Kontaktbereich Netzverfeinerung im Kontaktbereich Vernetzung mit linearen Tetraedern Definition von Randbedingungen und weichen Federlagerungen Definition des Kontaktbereichs Erzeugung der Schraubenkraft Lösungen berechnen und Ergebnisse beurteilen Lernaufgaben Basic Nichtlineare Analyse (Sol 106) Analyse der Blattfeder mit großer Verformung Aufgabenstellung Notwendigkeit für geometrisch nichtlineare Analyse Funktionsweise der geometrisch nichtlinearen Analyse Überblick über die Lösungsschritte Vorbereitungen und Erzeugung der Lösung für lineare Statik Mittelfläche erzeugen und der Polygongeometrie zufügen Kantenunterteilung an der Polygongeometrie Vernetzung für Analysen mit nichtlinearer Geometrie Erzeugung der Randbedingungen 247

8 Erzeugung der Lasten für zwei Lastfälle Erzeugung einer zweiten Lösung für lineare Statik Erzeugung der Lösungen für nichtlineare Statik Automatisches Abarbeiten aller Lösungen Gegenüberstellen und Bewerten der Ergebnisse Plastische Verformung des Bremspedals Aufgabenstellung Effekte bei Plastizität Vorbereitungen und Erzeugen der Lösung Vereinfachen der Geometrie Vernetzung für plastische Analyse Definieren der plastischen Materialeigenschaften Definieren der Randbedingungen Definieren der Lastschritte für Be- und Entlastung Lösungen berechnen und bewerten Lernaufgaben advanced nichtlinear (Sol 601) Schnapphaken mit Kontakt und großer Verformung Aufgabenstellung Vorbereitungen und Erzeugung der Lösung Optionales Importieren der vorbereiteten Geometrie Verändern der Baugruppenposition im idealisierten Teil Vereinfachen der Geometrie Entfernen von störenden Kanten Hexaedervernetzung und Verfeinerung Definition der Materialeigenschaften Definition der Kontaktflächen Definieren eines zeitabhängigen Verfahrwegs Definieren der weiteren Randbedingungen Aktivierung der Option für große Verformungen Lösungsversuch ohne automatisches Zeitschrittverfahren Interpretation des Lösungsverlaufs anhand der fo6-datei Steuerparameter zur Erreichung einer konvergenten Lösung Weitere Empfehlungen für konvergente Lösungen Lösung mit automatischem Zeitschrittverfahren 280

9 5 Advanced-Simulation (CFD) Prinzip der numerischen Strömungsanalyse Lernaufgaben (NX-Flow) Strömungsverhalten und Auftrieb am Flügelprofil Aufgabenstellung Erstellen der Dateistruktur und Auswahl der Lösung Zeitschrittgröße und Konvergenzsteuerung Auswahl eines Turbulenzmodells Weitere Optionen des Lösungselements Erstellen des Strömungsraums Materialeigenschaften für Luft zuordnen Entfernung von Miniflächen Erstellung von Gitterverknüpfungen Hexaedervernetzung des Strömungsraums Übersicht über Strömungs-Randbedingungen Einlass mit Geschwindigkeitsrandbedingung definieren Auslassöffnung definieren Randbedingung für das Flügelprofil Randbedingung Reibungsfreies Gleiten" an den übrigen Wänden Durchführen der Lösung Beobachten des Lösungsfortschritts Ergebnis der Druckverteilung und des Auftriebs Darstellen der Geschwindigkeiten 308 Literatur 311 Farbplots 313 Funktionsindex der Lernaufgaben 327 Begriffsindex