Software: FEM - Tutorial - Software

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Verwendete Software

Bei der Auswahl der für die Übung genutzten Software wurden folgende Aspekte berücksichtigt:

1. Transparenz der FEM-Prozesses für den Nutzer.
2. FEM-Fachsprach-Niveau für die Begriffe auf der Benutzeroberfläche.
3. Reproduzierbarkeit der typischen Fehlermöglichkeiten bei der FEM-Anwendung.
4. Kopplung von CAD- und FEM-Modell innerhalb einer CAD-Umgebung.
5. Einbindung der FEM-Simulation in eine Analyse- und Optimierungsumgebung sollte möglich sein.
6. Beschaffung und Nutzung der Software von allen Interessenten ohne großen zeitlichen und finanziellen Aufwand.

Die Wahl fiel nach einigen Recherchen auf eine CAD-Suite, ein 2D-FEM-Programm sowie ein Analyse- und Optimierungstool. Dieser Umfang gewährleistet eine praxisrelevante Einführung in die vielen Facetten der FEM-Anwendung.

Autodesk Inventor:

• Das CAD-System Autodesk Inventor stellt eine direkte Schnittstelle zum FEM-Programm Autodesk Simulation Mechanical bereit. So können auf Basis der erstellten CAD-Modelle nicht nur einfache Belastungsanalysen, sondern auch anspruchsvolle Finite Elemente Simulationen durchgeführt werden.
• Seit einigen Jahren bemüht sich Autodesk mit großem Aufwand um einen engen Kontakt zum Ingenieurnachwuchs. Schüler und Studenten können kostenlos auf eine breite Produktpalette zugreifen, die auch Autodesk Simulation Mechanical in der jeweils aktuellen Version umfasst. Voraussetzung ist eine Registrierung beim Internetportal www.students.autodesk.de.
• Die für die Erstellung der CAD-Modelle mit Autodesk Inventor erforderlichen Bearbeitungsschritte werden im Rahmen des FEM-Tutorials detailliert beschrieben. Vorkenntnisse zu diesem CAD-System sind hierfür nicht erforderlich.
• Die verwendete Inventor-Version darf nicht neuer sein, als die Version von Simulation Mechanical!

Z88Aurora®V4:

• Z88Aurora (aktuelle Version im April 2017 ist 4) bezeichnete ursprünglich nur die grafische Benutzeroberfläche für das Finite-Elemente-Analyse-Programm Z88. Durch diverse Weiterentwicklungen hat Z88Aurora mittlerweile einen deutlich größeren Funktionsumfang als die zentralen FEM-Module Z88OS.
• Die Software ist Freeware und wird von einem Team unter der Leitung von Prof. Frank Rieg an der Universität Bayreuth seit 1985 entwickelt.
• Sie wird in einer Reihe von Universitäten in Lehre und Forschung sowie von mehreren kleinen und mittleren Unternehmen in der Produktentwicklung eingesetzt.
• Somit besteht Hoffnung, dass diese Software längerfristig für die studentische Ausbildung zur Verfügung steht.
• Die aktuelle Version von Z88Aurora beinhaltet folgende Berechnungsmodule für Probleme der Strukturmechanik und Wärme:
  • lineare statischen Analysen
  • nichtlineare statische Analysen bei geometrischen Nichtlinearitäten oder Material-Nichtlinearitäten
  • thermische und thermo-mechanische statische Analysen mit Ergebnissen für Temperatur und Wärmestrom sowie auch thermo-mechanischen Verschiebungen und Spannungen
  • Modalanalysen zur Berechnung der Eigenfrequenzen eines Systems
  • Kontaktelemente zur Modellierung verklebter oder reibungsfreier Kontakte zwischen interagierenden Bauteilen.

FEMM_4.2:

• Es handelt sich um ein FEM-Programm zur Berechnung von 2D- und axialsymmetrischen Problemen:
  • niederfrequente magnetische Felder
  • elektrostatische Felder
  • elektrische Flussprobleme
  • Wärmeleitungsprobleme.
• Dieses FEM-System wurde von David Meeker entwickelt.
• Neben den numerischen Qualitäten dieses Programms spricht auch der "Freeware"-Status für den Einsatz zu Lehrzwecken. Es kann kostenlos unter www.femm.info/wiki/HomePage geladen und als Vollversion genutzt werden.
• Da es sich hierbei um ein "spezialisiertes" FEM-Programm handelt, tritt der allgemeine FEM-Prozess nicht mehr so deutlich in den Vordergrund. So erhält man also bereits im Rahmen dieser Übungen einen Eindruck von unterschiedlichen Benutzeroberflächen.

OptiY (Analyse- und Optimierung):

• Ab der Version 4 von OptiY gibt es die im Funktionsumfang eingeschränkte, kostenlose Studenten-Edition als Download leider nicht mehr. Diese Edition wurde missbräuchlich in breitem Maße entgegen den Lizenzbestimmungen kommerziell genutzt, so dass sich der Entwickler zu diesem Schritt gezwungen sah.
• Es ist jedoch weiterhin möglich, eine Trial-Version mit stark eingeschränktem Funktionsumfang beim Hersteller herunterzuladen. Damit sollte es allen Interessenten möglich sein, die Übungsbausteine dieses FEM-Tutorials im Wesentlichen zu bearbeiten. Es funktioniert jedoch nicht der Gaussprozess für die Gewinnung von Ersatzfunktionen auf Basis von FEM-Modellen. Teilnehmer der Lehrveranstaltung "Praktische Einführung in die FEM" erhalten dafür eine spezielle OptiY-Studentenlizenz.

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