Software: FEM - Tutorial - Zielstellung: Unterschied zwischen den Versionen

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Bei der Auswahl der für die Übung genutzten Software wurden folgende Aspekte berücksichtigt:
In der vorangestellten kurzen Einleitung wurde angedeutet, über welche Kenntnisse ein FEM-Anwender verfügen sollte. Das ist davon abhängig, auf welchem Niveau er die FEM nutzt:
# Der FEM-Prozess sollte für den Nutzer möglichst transparent bleiben.
# FEM-Simulationen in CAD-Umgebungen
# Die verwendeten Begriffe auf der Benutzeroberfläche sollten weitestgehend dem allgemeinen Fachsprach-Niveau auf dem Gebiet der FEM entsprechen.
# Simulationen in FEM-Systemen
# Die typischen Fehlermöglichkeiten bei der FEM-Anwendung sollten reproduzierbar sein.
# ''Entwicklung eigener Element-Typen''
# Die Software sollte von allen Interessenten ohne großen zeitlichen und finanziellen Aufwand beschafft und genutzt werden können.


Die Wahl viel nach einigen Recherchen auf zwei FEM-Systeme und einen zusätzlichen FEM-Solver:
Nach dem Durcharbeiten der folgenden Übungsaufgaben hat man noch nicht das erforderliche Wissen, um eigene Element-Typen für FEM-Systeme zu entwickeln!


Ziel ist vielmehr die Vermittlung eines grundlegenden Verständnisses für die qualitativen Zusammenhänge bei der Anwendung der FEM. Das ermöglicht dem Nutzer:
* den schnellen Einstieg in die praktische Anwendung der FEM unter den verschiedenen Umgebungsbedingungen;
* die kompetente Wertung der Modell-Ansätze und der Simulationsergebnisse;
* einen sinnvollen Einstieg in die theoretischen Grundlagen der FEM und ihrer numerischen Umsetzung.


[https://www.plm.automation.siemens.com/forms/femap_demo.shtml '''FEMAP (Demoversion)''']
Vorausgesetzt wird dabei ein grundlegendes Verständnis für die mit der FEM behandelten physikalischen Domänen (Mechanik, Wärme, elektrische und magnetische Felder). Dafür reicht zur Not schon das Schulwissen, eine gewisse Vertiefung durch das Grundstudium in den Ingenieurwissenschaften ist jedoch von Vorteil.
* FEMAP war ursprünglich ein FEM-Pre- und Postprocessor, der mit unterschiedlichsten CAD- und FEM-Systemen zusammenarbeiten kann. Erst in neueren Versionen verfügt es über eigene Solver (Gleichungslöser zur Berechnung des Finite-Elemente-Modells). Es können beliebige (geeignete) Solver eingebunden werden.
* Mit Tausenden Installationen handelt es sich um kein Exotensystem, sondern es ist eines der Standardprogramme für die Bildung von FEM-Modellen sowie die Auswertung von FEM-Berechnungen.
* Da es sich um ein universelles FEM-System für unterschiedlichste Solver und physikalische Domänen handelt, orientiert es sich in seiner Funktionalität nur am verallgemeinerten FEM-Prozess.
* Dieses Programm der Firma ''Unigraphics Solutions Inc.'' wird seit deren Übernahme durch den Siemenskonzern  im Jahre 2007 von ''Siemens Automation and Drives'' vertrieben. Dort kann man eine [https://www.plm.automation.siemens.com/forms/femap_demo.shtml kostenlose Demo-CD] der aktuellen FEMAP-Version bestellen. Nach der Installation läuft FEMAP ohne Freischaltung als Demo-Version (eingeschränkt auf 300 Knoten bzw. Elemente).  




[http://www.optiyummy.de/images/Software_FEM_-_Tutorial_-_Einleitung_-_means_demo.zip '''MEANS-Solver (Demoversion)''']:
In Hinblick auf die probabilistische Simulation und Optimierung bestehen die Ziele der Übungen in der Vermittlung einer Methodik für
* Obwohl die Demo-Version von FEMAP einen eigenen Solver mitbringt (NX-Nastran), wird für diese Übungen ein separater Solver verwendet, der von [http://www.htw-dresden.de/~hkuehn/hkuehn.htm Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn] (HTW-Dresden) entwickelt wurde.  
# die Parametrisierung von FE-Modellen durch die Nutzung von Script-Sprachen.
* Es handelt sich hier um eine eingeschränkte Version (990 Knoten/Elemente) des Solvers, welcher im FEM-Systems MEANS implementiert ist (Vertrieb des Komplettsystems über Ing.büro HTA-Software: http://www.femcad.de).
# die Einbindung von FE-Modellen in die System-Simulation auf der Basis von Ersatzmodellen.  
* Durch die Eigenschaften des MEANS-Solvers können einige Beschränkungen des verwendeten FEMAP-Systems gemindert werden (Knotenanzahl und Berechnung unterschiedlicher Lastfälle mit einem FE-Modell).
* '''''Achtung:''''' Die im Folgenden beschriebene Installation setzt ein '''FEMAP der Version 9.1''' voraus! Die Schnittstelle zwischen dem MEANS-Solver und FEMAP ist nur in dem Umfang realisiert, wie es im Rahmen dieser Lehrveranstaltung benötigt wird. Darüber hinaus gehende Funktionalität kann in der vorliegenden Konfiguration nicht garantiert werden.  




 
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Aktuelle Version vom 8. Februar 2010, 11:03 Uhr

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Zielstellung der Übungen


In der vorangestellten kurzen Einleitung wurde angedeutet, über welche Kenntnisse ein FEM-Anwender verfügen sollte. Das ist davon abhängig, auf welchem Niveau er die FEM nutzt:

  1. FEM-Simulationen in CAD-Umgebungen
  2. Simulationen in FEM-Systemen
  3. Entwicklung eigener Element-Typen

Nach dem Durcharbeiten der folgenden Übungsaufgaben hat man noch nicht das erforderliche Wissen, um eigene Element-Typen für FEM-Systeme zu entwickeln!

Ziel ist vielmehr die Vermittlung eines grundlegenden Verständnisses für die qualitativen Zusammenhänge bei der Anwendung der FEM. Das ermöglicht dem Nutzer:

  • den schnellen Einstieg in die praktische Anwendung der FEM unter den verschiedenen Umgebungsbedingungen;
  • die kompetente Wertung der Modell-Ansätze und der Simulationsergebnisse;
  • einen sinnvollen Einstieg in die theoretischen Grundlagen der FEM und ihrer numerischen Umsetzung.

Vorausgesetzt wird dabei ein grundlegendes Verständnis für die mit der FEM behandelten physikalischen Domänen (Mechanik, Wärme, elektrische und magnetische Felder). Dafür reicht zur Not schon das Schulwissen, eine gewisse Vertiefung durch das Grundstudium in den Ingenieurwissenschaften ist jedoch von Vorteil.


In Hinblick auf die probabilistische Simulation und Optimierung bestehen die Ziele der Übungen in der Vermittlung einer Methodik für

  1. die Parametrisierung von FE-Modellen durch die Nutzung von Script-Sprachen.
  2. die Einbindung von FE-Modellen in die System-Simulation auf der Basis von Ersatzmodellen.


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