Simulationen mit Inventor

Transkript

1 Günter Scheuermann Auf DVD: Alle Beispieldateien und zahlreiche Animationen Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only Simulationen mit Inventor FEM und dynamische Simulation Grundlagen und Beispiele ab Version 2017

2 Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only Günter Scheuermann Simulationen mit Inventor Bleiben Sie auf dem Laufenden! Hanser Newsletter informieren Sie regel mäßig über neue Bücher und Termine aus den verschiedenen Bereichen der Technik Profitieren Sie auch von Gewinnspielen und exklusiven Leseproben Gleich anmelden unter wwwhanser-fachbuchde/newsletter

3 CAx-Anwender aufgepasst! Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only Kostenlos up to date bleiben! Der Newsletter mit allen wichtigen Neuigkeiten aus den Bereichen CAD, CAE, CAM und PDM/PLM: Linktipps die interessantesten News, Blogs und Downloads aus der Branche! Veranstaltungshinweise hier verpassen Sie kein Event zum Thema! Buchtipps so entgeht Ihnen keine Neuerscheinung! Gleich anmelden unter wwwhanser-fachbuchde/newsletter

4 Günter Scheuermann Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only Simulationen mit Inventor FEM und dynamische Simulation Grundlagen und Beispiele ab Version 2017

5 Der Autor: Günter Scheuermann, Nürnberg Hinweis: Zu diesem Buch gehört eine DVD Sollte diese DVD nicht beiliegen, können Sie sie unter kostenlos anfordern Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only Papier aus verantwortungsvollen Quellen 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 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 Bibliografische Information der deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek 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 2016 Carl Hanser Verlag München Lektorat: Julia Stepp Herstellung: Cornelia Rothenaicher Umschlagkonzept: Marc Müller-Bremer, wwwrebrandingde, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Satz: Kösel Media GmbH, Krugzell Druck und Bindung: CPI books GmbH, Ulm Printed in Germany ISBN E-Book-ISBN wwwhanser-fachbuchde

6 Inhalt Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only TEIL I Digital Prototyping 1 Einführung 3 11 Autodesk Inventor 3 12 Die Grenzen der Simulation 5 13 Was fehlt 5 14 Inventor-Schnittstellen 6 15 Inventor für Schüler und Studenten Inventor kostenlos? 7 16 Systemvoraussetzungen Hinweise zur Installation Hardware Betriebssysteme Sonstige Anforderungen 8 17 Voraussetzungen für Anwender 9 18 Übungsdateien und Videos auf DVD 9 19 Resümee 9 2 Digital Prototyping und Produktdesign Virtuelle 3D-Modelle Herstellung von Prototypen, Rapid Prototyping Produktoptimierung Flächen- bzw Formoptimierung Berechnungen Dynamische Simulation 14

7 VI Inhalt TEIL II Oberflächenanalysen und Grundlagen 3 Bauteilanalysen Zebra-Analyse Entwurf, Verjüngungsanalyse Fläche, Gauß-Analyse, Gauß sche Flächenkrümmung Schnitt, Querschnittsanalyse Krümmungsanalyse, Krümmungskammanalyse 24 Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only 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, Eigenfrequenz, Resonanz, Modalanalyse Festigkeitslehre und FEM-Ergebnisse Festigkeitshypothesen Spannungen Verformungen Sicherheitsfaktoren, Belastung/Dehnung Kontaktdruck Knicken und Beulen Grenzen der Inventor-Mechanik 46 5 Die Materialbibliothek Der Materialien-Browser Mit Materialien und Darstellungen arbeiten Übersicht Eine eigene Bibliothek mit neuen Materialien erstellen 55

8 Inhalt VII 531 Eigene Bibliothek und eigene Kategorien erstellen Ein neues Material definieren Problematische Materialien in der FEM Beispiel: Silentblock Material ohne Kennwerte Nicht in der FE-Analyse verwendbare Werkstoffe Polymere Werkstoffe Verbundwerkstoffe Bauteile mit großen Verformungen 64 Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only TEIL III Grundlagen und Anwendungsbeispiele der Finiten-Elemente-Methode 6 FEM FEM, allgemein Konvergenz Maximale Anzahl der H-Verfeinerungen Stopp-Bedingung Schwellenwert für H-Verfeinerungen Konvergenz-Plots Beispiel: Konvergenzeinstellungen und Auswirkung Das FEM-Netz Netzeinstellungen Lokale Netzsteuerung Allgemeine Richtlinien für die Netzerstellung Netzgenerierungen und Simulationen mit dünnen Bauteilen Abhängigkeiten, Einspannungen Lasten und Lastangriffsfälle Lastarten Lastangriffsfälle Beispiel einer einfachen vollständigen FE-Analyse Das Bauteil und seine Eigenschaften Funktion des Bauteils Die erste Simulation erstellen Das Bauteil einspannen Trennen von Bauteilflächen Das Bauteil belasten Das Bauteilnetz Simulation ausführen Anpassung der Gestalt (Gestaltfestigkeit) Materialanpassung Hauptspannungen 100

9 VIII Inhalt 6612 Verformung, Verschiebung Rückstoßkräfte, Lagerkräfte Ergebnisprotokoll Bericht Rückstoßkraft und Kraftermittlung über Verformungen 107 Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only 71 Beispiel: Rückstoßkraft ermitteln Verformungskraft ermitteln Fehlerbetrachtung Parametrische FEM-Studien Das parametrische Bauteil Vorbereitung der parametrischen FE-Analyse Die parametrische Tabelle Die parametrische Simulation Parametrische Ergebnisse Das Modell anpassen FEM an dünnen Bauteilen Beispiel: Blechtraverse Simulation als normaler Körper Simulation als dünnwandiges Bauteil Modal- oder Eigenfrequenzanalyse Eine Modalanalyse durchführen Ein zweites Beispiel Stimmgabel 440 Hz entwerfen Die Konstruktion Die Belastungsanalyse Netzverfeinerung Die erste Simulation Frequenzermittlung iterativ Frequenzermittlung mit parametrischer Tabelle 140

10 Inhalt IX 12 FEM an Schweißbaugruppen 143 Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only 121 Erstes Beispiel Die Baugruppe Die Schweißverbindung Die Vorbereitung der Belastungssimulation Kontakte überprüfen Die Simulation Zweites Beispiel Die Schweißkonstruktion Simulation vorbereiten Kontakte kontrollieren Die Simulation Sicherheitsfaktor Punktschweißen Die Punktschweißung im Beispiel Die Simulation vorbereiten Kontakte bearbeiten Die Simulation 156 TEIL IV Einfache Bewegungs simulationen und Baugruppenvereinfachung 13 Einfache Bewegungssimulationen Baugruppen von Hand bewegen Automatische Bewegung in der Baugruppe Bewegung in der Präsentations umgebung Eine Präsentation erstellen Die Präsentationsfunktionen Die Präsentationsanimation von Schrauben Komponentenpositionen Bewegung im Inventor Studio Die Inventor Studio-Arbeitsumgebung Beispiel einer Studio-Animation Vorbereitung der Animation Abhängigkeit animieren Die Ablaufsteuerung Animation aufzeichnen 179

11 X Inhalt 14 Bauteil- bzw Baugruppenvereinfachung Beispiel: Kurbeltrieb Detailgenauigkeit erstellen Bauteile mit vereinfachtem Bauteil ersetzen 184 Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only TEIL V Die dynamische Simulation anhand zahlreicher Beispiele 15 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 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 alles ist Gummi! Steifigkeit und Dämpfung der Sprungbretteffekt Inventor ist ein Starrkörpersystem Inventor ist elastisch? Steifigkeit Dämpfung Gelenkeigenschaften Anfangsbedingungen bearbeiten Gelenkdrehmoment bzw Gelenkkraft bearbeiten Festgelegte Bewegung bearbeiten 218

12 Inhalt XI 159 Das Eingabediagramm Die Diagrammfläche Sektor-Optionen Start- und Endpunkt Funktionsdefinitionen speichern und laden Referenzachsen bestimmen Pendelklappe mit Schwerkraft 223 Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only 161 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 Ausgabe diagramms Diagrammoptionen Variable anzeigen Eine zweite Variable überlagern Nullpunktverschiebung Darstellungs- und Wertegenauigkeit Diagramm und Werte nach Excel exportieren Fliehkraftregler Die Baugruppenabhängigkeiten 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 249

13 XII Inhalt Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only 187 Die Simulation Das Ausgabediagramm Rotationsgeschwindigkeit interpretieren 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 287

14 Inhalt XIII 2093 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 295 Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only 21 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 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 324

15 XIV Inhalt 23 Hubkolben-Triebwerk 325 Simulationen mit Inventor downloaded from wwwhanser-elibrarycom by on February 24, 2018 For personal use only 231 Die Baugruppe Die Simulationsumgebung Untersuchung der Redundanz Status des Mechanismus Schwerkraft definieren Gelenke überprüfen und bearbeiten Die erste Simulation Zweites Beispiel: Antrieb durch den Kolben Externe Kraft wirken lassen Externe Kraft definieren Kraft im Eingabediagramm definieren Die zweite Simulation Das Ausgabediagramm Beispiel: Verbrennungsmotor Lastmoment hinzufügen Zyklischen Antrieb hinzufügen Die Simulation Variante mit Feder Festgelegte Bewegung aktivieren Feder einfügen Die Simulation Das Ausgabediagramm Export nach FEM Die FE-Analyse der Kurbelwelle Die FE-Analyse des Kolbens 347 Stichwortverzeichnis 349