Software: FEM - Tutorial

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Praktische Einführung in die Finite Element Methode (FEM)

Autor: Dr.-Ing. Alfred Kamusella

In dem Maße, in dem eine Technologie allgegenwärtig wird, wird sie auch unsichtbar.

Das Maß für den Erfolg einer Technologie besteht darin, wie unsichtbar sie wird.

- frei nach Kevin Kelly in "NetEconomy" -

Ausgereifte FEM-Systeme nutzen im Normalfall eine Scriptsprache zum Aufbau der Finite-Element-Modelle, zur Konfiguration des Solvers und zur Steuerung der Experimente. Im Rahmen dieser Scriptsprache ist es meist möglich, Daten aus einer Input-Datei zu lesen und in eine Output-Datei zu schreiben. Es lässt sich wahrscheinlich immer eine Möglichkeit finden, ein Finite-Element-Programm im "Batch-Modus" abzuarbeiten. D.h., man kann es mit den Mitteln des Betriebssystems aufrufen und zur Abarbeitung eines Scripts veranlassen.

Am Beispiel konkreter FEM-Systeme werden in diesem Tutorial folgende Problemkreise behandelt:

• Methodik zum Aufbau parametrisierter Finite-Element-Modelle,
• Aspekte der Behandlung unzulässiger Parameter-Kombinationen,
• Einbindung des FE-Programms in einen Experiment-Workflow,
• Gewinnung von Übertragungsfunktionen als Ersatzmodelle für die Systemsimulation,
• Möglichkeiten und Grenzen der Parallelisierung der Modellberechnung.

A. Präludium

• Einleitung
• Zielstellung der Übungen
• Verwendete Software:
  • FEMM-Installation
  • Z88Aurora-Installation
  • Autodesk Inventor (Installation und Benutzer-Oberfläche)
• "Literatur"-Empfehlung: CADFEM-WikiPlus (Grundlagen zur FEM)

B. Übungsbausteine

1. FEM-Prozess (am Beispiel "flaches Bauteil")
2. 3D-Mechanik (mit Bauteil-Kontakten)
3. Elektrostatisches Feld (elektr. Kapazität)
4. Elektrisches Flussfeld (ohm. Widerstand
5. Gekoppelte Feldprobleme (Wärme-Mechanik)
6. Magnetfeldberechnung

C. Materialdaten

• Aufbau einer Autodesk-Materialbibliothek (PDF) - Autor: Felix Kirsten

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Archiv:

• Übungen (Stand 2013) mit der FEMAP-Demoversion
• Übungen (Stand 2017) mit Autodesk Simulation Mechanical (zur Zeit in Überarbeitung!)
• Beispiele mit dem FEMM-Programm

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