Unser Finite-Elemente-Modell ist nun fertig, wir erreichten dies in folgenden Schritten:
1. Erstellen der Geometrie (Gerüst für das FE-Netz!)
Wahl des Maßsystems
Konfiguration der Arbeitsfläche.
Abstraktion der Bauteilgeometrie auf das zum Vernetzen Notwendige.
Definieren der für das Vernetzen benötigten Geometrie.
2. Zuweisung physikalischer Eigenschaften und Vernetzung
Definieren der für die Netz-Elemente benötigten Materialeigenschaften (Werte meist aus Material-Bibliothek).
Verknüpfung von Element-Typen (Properties) und Materialien zu Element-Eigenschaften. Die Wahl der Element-Typen richtet sich nach der Netz-Dimension (Stab, Fläche, Körper) und der zu berücksichtigenden Belastungen (z.B. für Flächen: Membran, Platte, Schale).
Vernetzung entsprechend der zu erwartenden Feldgradienten und den allgemeinen Regeln der Vernetzung.
3. Definieren von Randbedingungen / Belastungen
Definieren von Belastungsfällen (Load Sets) und Zuweisen der zugehörigen äußeren Belastungen (Flussgrößen in Knoten bzw. Elemente hinein, z.B. Kräfte, Ströme).
Definieren von "Einspann"-Fällen (Constraint Sets) und Zuweisen der konkreten Zwangsbedingungen (Potentialgrößen vorgeben - schränken die Freiheitsgrade von Teilen des Netzes ein = "Auflager").
Die Modellberechnung ist nun kein Problem (Means > Solve), solange wir dabei keine Fehlermeldungen erhalten:
Vor der Simulation wird auf Grundlage der Modellkonfiguration eine Standard-Konfiguration für die Verwendung des Solvers angeboten:
Mit dieser Konfiguration können wir den Solver starten (Save Parameter + Run Solver).
Achtung: Im MEANS-Fenster wird ein Kurz-Protokoll generiert. Mit größter Wahrscheinlichkeit erscheinen in unserem Beispiel darin Fehlermeldungen in Bezug auf die Jacobi-Determinante:
Ist dies der Fall, so müssen die Element-Normalen innerhalb des Netzes einheitlich in die richtige Richtung ausgerichtet werden!
FEMAP muss auf die Beendigung des MEANS-Solvers warten. Dies geschieht über das kleine Quittungsfenster. Hier sollte man erst OK drücken, nachdem man den Inhalt des MEANS-Protokolls gelesen hat!
Ausrichtung der Element-Normalen am Koordinatensystem:
Durch den Netzgenerator von FEMAP wird diese erforderliche Orientierung der Element-Normalen nicht immer gewährleistet.
Der Normalen-Vektor der Elemente muss deshalb einheitlich in Z-Richtung des Koordinatensystems ausgerichtet werden (Tools > Check > Normals):
Nach Auswahl aller Elemente geben wir an, dass alle Elemente angepasst werden sollen und wir den Normalenvektor dafür vorgeben.
Für die Definition des Normalenvektors werden wir die Vorgabewerte nutzen (=Einheitsvektor in Z-Richtung).
Danach sollte die Berechnung im MEANS-Solver fehlerfrei durchlaufen.
Bevor man das Fenster von MEANS schließt, sollte man wieder einen Blick auf das dort generierte Kurz-Protokoll werfen, welches alle berechneten Lastfälle auflistet:
Statikberechnung:
welche Freiheitsgrade berücksichtigt (Verschiebung in X und Y)
Zahl der Unbekannten (578=Größe der Matrix)
Frontbreite (belegte Koeffizienten in der Diagonalen)
Belegter Speicherplatz im Computer
Struktur-Volumen / -Masse:
in der benutzten geometrischen Grundeinheit (hier m³ und kg)
Material / Properties:
Was wurde wie vielen Elementen zugewiesen
Verschiebungen (transmissions):
kleinster und größter Wert in Richtung jeden Freiheitsgrades
hier maximale "Auslenkung" in X-Richtung=36,5 µm und in Y-Richtung=4,8 µm
Hinweis: kleinster und größter Wert in Y-Richtung müssten im Betrag gleich sein (wegen Symmetrie). Abweichung resultiert aus unsymmetrischen Netz!
Summe Auflagerkräfte:
muss für jeden Freiheitsgrad immer gleich der Summe der eingespeisten Kräfte sein!
Spannungen (min/max) im Material:
bei uns in N/m² (Umrechnung in N/mm² mit Faktor 1E-6)
Spannungen in Richtung der Freiheitsgrade (XX bzw. YY)
Scherspannung XY (entspricht τxy)
Vergleichsspannung nach "von-Mises"
Spannungen an Eck-Knoten:
Gemittelte Maximal- bzw. Minimalwerte
Nach dem Beenden des MEANS-Solvers lädt FEMAP die von MEANS erzeugten Ergebnisdateien. Dieser Vorgang wird im Nachrichten-Fenster von FEMAP protokolliert.
