Software: FEM - Tutorial - Software
Bei der Auswahl der für die Übung genutzten Software wurden folgende Aspekte berücksichtigt:
- Transparenz des FEM-Prozesses für den Nutzer.
- FEM-Fachsprach-Niveau für die Begriffe auf der Benutzeroberfläche.
- Reproduzierbarkeit der typischen Fehlermöglichkeiten bei der FEM-Anwendung.
- Kopplung von CAD- und FEM-Modell innerhalb einer CAD-Umgebung.
- Einbindung der FEM-Simulation in eine Analyse- und Optimierungsumgebung sollte möglich sein.
- Beschaffung und Nutzung der Software von allen Interessenten ohne großen zeitlichen und finanziellen Aufwand.
Die Wahl fiel nach einigen Recherchen auf ein 3D-CAE-System, ein 3D-CAD-Programm, zwei FEM-Programme (Struktur-Mechanik bzw. elektro-magnetische Felder) sowie ein Analyse- und Optimierungstool. Dieser Umfang gewährleistet eine praxisrelevante Einführung in die vielen Facetten der FEM-Anwendung.
Autodesk bemüht sich mit großem Aufwand um einen engen Kontakt zum Ingenieurnachwuchs. Schüler und Studenten können kostenlos auf eine breite Produktpalette zugreifen. Voraussetzung ist eine Registrierung bei Internetportal www.autodesk.com/education.
Autodesk Fusion 360 ist seit einigen Jahren der Versuch von Autodesk, eine möglichst umfassende, aber einheitliche Plattform für den Konstruktionsprozess von ersten Designstudien bis zur rechnerunterstützten Fertigung zu entwickeln. Da das System diesen Anspruch erhebt, allumfassend den Konstruktionsprozess zu unterstützen, wählte man die Zahl 360 im Sinne von 360°:
- Bei diesem Programm handelt es sich um ein grundlegend neu konzipiertes Produkt, in welches schrittweise alle erforderlichen Funktionen integriert werden.
- Hierbei orientiert man sich primär an der Funktionalität von Autodesk Inventor, welche man durch bewährte Funktionen aus anderen Autodesk-Programmen ergänzt.
- Zusätzlich dient Fusion 360 den Autodesk-Entwicklern als "Spielwiese" zum Erproben und Implementieren neuer Konzepte. Die Entwicklung ist also noch im vollen Fluss!
- Inzwischen hat das Programm einen Stand erreicht, dass man es für diejenigen Teilprozesse sehr gut nutzen kann, welche nicht das Erstellen "Technischer Zeichnungen" als Hauptziel verfolgen.
- Die für die Erstellung der CAD-Modelle mit Autodesk Fusion 360 erforderlichen Bearbeitungsschritte werden im Rahmen des FEM-Tutorials detailliert beschrieben. Vorkenntnisse sind hierfür nicht erforderlich.
- 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):
- OptiY® ist eine offene und multidisziplinäre Entwurfsumgebung, welche modernste Optimierungsstrategien und probabilistische Algorithmen zur Unsicherheits- und Sensitivitätsanalyse, Robustheitsbewertung, Zuverlässigkeitsanalyse, Lebensdauerberechnung, Data-Mining und Meta-Modellierung bereitstellt.
- Die Modelle, auf deren Basis die Optimierung erfolgen soll, werden dabei als Blackbox mit Ein- und Ausgangsgrößen betrachtet. Damit ist es ein offenes System für unterschiedlichste Modellklassen. Die Anpassung an eine spezielle Modellumgebung erfolgt über die Schnittstellen. Möglich ist das Zusammenwirken mit verschiedenen CAD- und CAE-Systemen (z.B. für Netzwerkanalogien, Finite-Element-Methode, Starrkörper-Dynamik) aber auch mit "materiellen" Versuchsständen (z.B. Regler-Optimierung für Antriebsysteme).
- Wichtig: Teilnehmer der FEM-Lehrveranstaltung erhalten die zu verwendende OptiY-Version vom Betreuer! Andere Interessenten können im OptiY-Webportal eine Trial-Version anfordern, deren Funktionsumfang für die Bearbeitung der Übungsbeispiele ausreichend ist.
- Ansys Student ist die frei verfügbare Studentenversion der Softwaresuit von ANSYS Inc.
- Über die sogenannte Workbench werden seit einigen Jahren die verschiedenen Simulationsumgebungen des Unternehmens miteinander verknüpft.
- Das Paket ist extrem umfangreich und lädt zum selbstständigen Experimentieren ein.
- In diesem FEM-Tutorial wird hauptsächlich die Komponente Mechanical für thermische und mechanische Simulationen eingesetzt.
- Die Studentenversion enthält eine integrierte Lizenz, die die Größe von FE-Modellen auf maximal 128.000 Knoten begrenzt. Diese Einschränkung ist akzeptabel, um ein weit verbreitetes Softwareprodukt besser kennenzulernen. Außerdem ist man damit automatisch gezwungen, auf die Größe der eigenen Modelle zu achten.
