Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - Randbedingungen: Unterschied zwischen den Versionen
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Die bei der CAD-Belastungsanalyse betrachteten Lasten (Loads) und Abhängigkeiten (Constraints) bilden zusammen die [http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Randbedingung '''Randbedingungen'''] für die Lösung des partiellen Differentialgleichungssystems, welches das Finite-Elemente-Modell repräsentiert: | Die bei der CAD-Belastungsanalyse betrachteten Lasten (Loads) und Abhängigkeiten (Constraints) bilden zusammen die [http://www.cae-wiki.info/wikiplus/index.php/Randbedingung '''Randbedingungen'''] für die Lösung des partiellen Differentialgleichungssystems, welches das Finite-Elemente-Modell repräsentiert: | ||
* Der Konstrukteur als CAD-Anwender dimensioniert seine Bauteile/Baugruppen mit dem Wissen der [https://de.wikipedia.org/wiki/Technische_Mechanik '''Technischen Mechanik''']. Für ihn ist die Unterscheidung in passive Abhängigkeiten (Lagerungen) und aktive Lasten (äußere Kräfte/Momente) normal und deshalb wichtig. | * Der Konstrukteur als CAD-Anwender dimensioniert seine Bauteile/Baugruppen mit dem Wissen der [https://de.wikipedia.org/wiki/Technische_Mechanik '''Technischen Mechanik''']. Für ihn ist die Unterscheidung in passive Abhängigkeiten (Lagerungen) und aktive Lasten (äußere Kräfte/Momente) normal und deshalb wichtig. | ||
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Das Finite-Elemente-Modell besteht aus einem Netz Finiter Elemente, welche für den Anwender vordergründig durch ihre Knoten repräsentiert werden: | Das Finite-Elemente-Modell besteht aus einem Netz Finiter Elemente, welche für den Anwender vordergründig durch ihre Knoten repräsentiert werden: | ||
# Die Lösung der partiellen DGL der Strukturmechanik ergibt primär nur die Koordinaten-Werte für alle Knoten des Netzes. | # Die Lösung der partiellen DGL der Strukturmechanik ergibt primär nur die Koordinaten-Werte für alle Knoten des Netzes. | ||
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* Je nach Bildschirm-Auflösung und Zoombereich besitzen die Rechtecke (Picking-Punkte) eine ungünstige Größe. Ein Verkleinern bzw. Vergrößern dieser Rechtecke ist nur über Buttons der Werkzeugleiste Ansichtenen II möglich (deshalb sollte man diese Werkzeugleiste über '''''Ansichten > Einrichten''''' wieder einblenden. | * Je nach Bildschirm-Auflösung und Zoombereich besitzen die Rechtecke (Picking-Punkte) eine ungünstige Größe. Ein Verkleinern bzw. Vergrößern dieser Rechtecke ist nur über Buttons der Werkzeugleiste Ansichtenen II möglich (deshalb sollte man diese Werkzeugleiste über '''''Ansichten > Einrichten''''' wieder einblenden. | ||
* Standardmäßig ist die Knoten-Auswahl aktiv. Dafür werden für die gewählte Darstell-Form (Oberflächennetz bzw. Netz) zusätzlich zu den Eckknoten der Elemente auch Mittenknoten angezeigt. | * Standardmäßig ist die Knoten-Auswahl aktiv. Dafür werden für die gewählte Darstell-Form (Oberflächennetz bzw. Netz) zusätzlich zu den Eckknoten der Elemente auch Mittenknoten angezeigt. | ||
* Ausgewählt werden können nur sichtbare Rechteck-Marker. Meist genügt die Auswahl auf Grundlage von Element-Eckknoten. Über den Menüpunkt '''''Ansichten > Rand/Volldarstellung''''' kann man dann die Mittenknoten ausblenden, was die Verarbeitungs- und Darstellgeschwindigkeit erhöht: | * Ausgewählt werden können nur sichtbare Rechteck-Marker. Meist genügt die Auswahl auf Grundlage von Element-Eckknoten. Über den Menüpunkt '''''Ansichten > Rand/Volldarstellung''''' kann man dann die Mittenknoten ausblenden, was die Verarbeitungs- und Darstellgeschwindigkeit erhöht:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_2D-Bauteil_-_Randbedingungen_-_Picking-Punkte_Rand-Voll.gif|.]] </div> | ||
Version vom 27. November 2017, 17:27 Uhr
Knotenmengen selektieren für das Definieren von Randbedingungen (Loads & Constraints)
Randbedingungen
Die bei der CAD-Belastungsanalyse betrachteten Lasten (Loads) und Abhängigkeiten (Constraints) bilden zusammen die Randbedingungen für die Lösung des partiellen Differentialgleichungssystems, welches das Finite-Elemente-Modell repräsentiert:
- Der Konstrukteur als CAD-Anwender dimensioniert seine Bauteile/Baugruppen mit dem Wissen der Technischen Mechanik. Für ihn ist die Unterscheidung in passive Abhängigkeiten (Lagerungen) und aktive Lasten (äußere Kräfte/Momente) normal und deshalb wichtig.
- Klassische FEM-Programme sind häufig etwas "mathematiklastig", weil für sie die Lösung der partiellen Differentialgleichung der Strukturmechanik im Mittelpunkt steht. Pre- und Post-Prozess sind dabei (etwas salopp formuliert) "ein notwendiges Übel", damit der normale Anwender das Gleichungssystem erstellen und seine Lösung interpretieren kann. Aus mathematische Sicht werden deshalb im Pre-Prozess die Abhängigkeiten und Lasten gleichberechtigt als Randbedingungen behandelt.
- Beim Wechsel vom CAD-System auf ein FEM-Programm sollte man sich dieser unterschiedlichen Sichtweisen bewusst werden.
Modellbereiche mit Randbedingungen
Das Finite-Elemente-Modell besteht aus einem Netz Finiter Elemente, welche für den Anwender vordergründig durch ihre Knoten repräsentiert werden:
- Die Lösung der partiellen DGL der Strukturmechanik ergibt primär nur die Koordinaten-Werte für alle Knoten des Netzes.
- Alle Randbedingungen der partiellen DGL der Strukturmechanik wirken nur an Knoten-Teilmengen als
- Vorgaben für Koordinaten-Werten bzw. für deren Änderungsmöglichkeiten (=partielle Ableitung) bzw.
- Kräfte, welche aus äußeren Einflüssen resultieren (z.B. aus Einzelkräften, Flächenlasten, Gravitation)
Bevor man eine Randbedingung dem Finite-Elemente-Netz zuweisen kann, muss man die Knoten-Teilmenge bilden, auf welche diese Randbedingung wirken soll:
- In der CAD-Belastungsanalyse genügt dafür meist ein Mausklick auf eine Kante oder Fläche der Geometrie:
- Damit sind automatisch alle Knoten ausgewählt, welche auf dieser gewählten Geometrie liegen.
- Der Vorteil der Bildung von Knoten-Teilmengen auf Basis von ausgewählter Geometrie besteht vor allem darin, dass nach einer Neuvernetzung automatisch wieder die richtige Knoten-Teilmenge gebildet wird.
- In "puristischen" FEM-Programmen existiert das Finite-Elemente-Netz nach seiner Generierung unabhängig von der Geometrie des modellierten Bauteils:
- Die Bildung der erforderlichen Knoten-Teilmengen für Netz-Kanten, -Flächen oder -Volumina erfolgt direkt anhand der existenten Netz-Knoten oder -Elementen.
- Die daraus definierten Knoten-Teilmengen "überleben" deshalb ein Löschen des benutzten Netzes nicht (z.B. bei der Generierung eines besseren Netzes).
- Z88Aurora als freie und kostenlose Software ist sicher aus Aufwandsgründen in diesem Sinne "puristisch" mit allen daraus resultierenden Nachteilen!
- Teure kommerzielle Systeme gestatten die Zuweisung von Randbedingungen auch über die Geometrie (wie in der CAD-Belastungsanalyse).
Set-Bildung durch Picking in Z88Aurora
FEM-Programme stellen meist Funktionen bereit, um aus der riesigen Anzahl von Elementen und zugehörigen Knoten gezielt Teilmengen auszuwählen:
- In Z88Aurora wurden diese Auswahlmöglichkeiten unter dem Begriff "Picking" zusammengefasst. Das Icon symbolisiert diese Funktion sehr anschaulich.
- Der Aufruf des Picking-Tools erfolgt über den Menüpunkt Ansichten > Picking und öffnet ein separates Seitenmenü. Im Grafik-Arbeitsbereich sind die auswählbaren Objekte (Knoten, Elemente oder Flächen) durch kleine schwarze Rechtecke gekennzeichnet.
- Je nach Bildschirm-Auflösung und Zoombereich besitzen die Rechtecke (Picking-Punkte) eine ungünstige Größe. Ein Verkleinern bzw. Vergrößern dieser Rechtecke ist nur über Buttons der Werkzeugleiste Ansichtenen II möglich (deshalb sollte man diese Werkzeugleiste über Ansichten > Einrichten wieder einblenden.
- Standardmäßig ist die Knoten-Auswahl aktiv. Dafür werden für die gewählte Darstell-Form (Oberflächennetz bzw. Netz) zusätzlich zu den Eckknoten der Elemente auch Mittenknoten angezeigt.
- Ausgewählt werden können nur sichtbare Rechteck-Marker. Meist genügt die Auswahl auf Grundlage von Element-Eckknoten. Über den Menüpunkt Ansichten > Rand/Volldarstellung kann man dann die Mittenknoten ausblenden, was die Verarbeitungs- und Darstellgeschwindigkeit erhöht:
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