Software: FEM - Tutorial - 2D-Bauteil - strukturiert - Geometrie

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Strukturierte Vernetzung (Geometrie)

Verfügt man bereits über ein CAD-Modell, so sollte man dessen Geometrie-Informationen möglichst vollständig als Grundlage für die Generierung eines Finite-Elemente-Modells nutzen:

• Wir belasten unsere Lasche nur in Richtung ihrer Symmetrie-Achse. Dafür genügt für das Finite-Elemente-Modell eine Symmetrie-Hälfte der Lasche. Außerdem können die Fasen an den Lochkanten in dem zu entwickelnden 2D-Modell nicht berücksichtigt werden.
• Für das Finite-Elemente-Modell "Überflüssige" Bestandteile des CAD-Modells sollten möglichst nicht vom CAD-Programm in das FEM-Programm überführt werden.
• Kommerzielle CAD-Programme stellen Funktionen bereit, mit denen man eine gewünschte Fläche eines 3D-Modells als 2D-DXF-Datei exportieren kann.
• In Autodesk Fusion 360 muss man dafür zuvor eine 2D-Skizze erstellen, welche die 2D-Kontur der zu exportierenden Fläche enthält.

Auf der oberen Fläche der Lasche erstellen wir eine neue Skizze (umbenennen entsprechend der Funktion z.B. in "DFX-Export"):

• Beim Erstellen einer Skizze werden automatisch alle direkt an der Skizze anliegenden Kanten der 3D-Geometrie auf die neue Skizze projiziert. Das wird jedoch erst ersichtlich, wenn man die Skizze auswählt (wobei man zuvor die Sichtbarkeit des Körpers ausschalten sollte):
  
• Leider benötigen wir im FEM-Modell nicht die Kreiskontur der Fase, sondern die Kontur der Lochwand. Dies gelingt durch zwei Schritte:
  1. Auswählen des projizierten Fasen-Kreises (mit dem Cursor) und Löschen (mit Taste <ENTF>).
  2. Nach Aktivieren der Körper-Sichtbarkeit den Kreis der Lochwand (nicht der Fase!) in die DXF-Skizze projizieren (Erstellen > Projizieren/Einschließen > Projizieren mit der Option "Projektionsverknüpfung").
• Die Skizzen-Option "Projizierte Geometrien anzeigen" wirkt nur für manuell projizierten Konturen:
  
• Erst das Auswählen der Skizze zeigt zusätzlich alle noch vorhandenen, automatisch projizierten Konturen zusätzlich in blasserem Farbton (Fasenkreis sollte jetzt fehlen!):
  
• Wichtig:
  1. Das skizzierte DXF-Profil sollte sich automatisch an eine eventuelle Veränderung der Bauteil-Abmessungen anpassen. Dies ist durch die bisher angewandten "Projektionsverknüpfungen" gewährleistet.
  2. Es sollte durch die DXF-Skizze keine Veränderung an der vorhandenen Modell-Geometrie erfolgen, um einen Einfluss auf die bisherigen Simulationsergebnisse zu vermeiden.

Benötigt wird als skizziertes Profil nur eine Symmetrie-Hälfte der Bauteil-Kontur. Das ist im Rahmen der bisherigen Skizze nicht so einfach lösbar:

• Durch "Projektionsverknüpfung" fest mit den projizierten Geometrie-Objekten verknüpfte Konturen können nicht nachträglich gestutzt werden. Diese wäre jedoch an der Symmetrielinie für den Fasen-Kreis und für die senkrechten Seitenkanten erforderlich.
• Als Kompromiss verlagern wir die erforderlichen Stutz-Operationen zum Löschen der unteren Symmetrie-Hälfte in den Editor des FEM-Programms, soweit sie nicht innerhalb der "DFX-Export"-Skizze durchführbar sind.

Problemlos möglich in der DFX-Skizze ist das Erstellen der Symmetrie-Linie und deren Stutzen innerhalb des Loch-Kreises:

1. Erstellen > Linie zwischen den gefangenen Mittelpunkten der beiden projizierten Seitenkanten:
   
   • Hinweis: Ist die Skizzen-Option "Profil anzeigen" aktiviert, so werden geschlossen umrandete Profile farblich hervorgehoben, wenn man mit dem Cursor darüber bewegt.
2. Ändern > Stutzen ...

===>>> Dieser Abschnitt wird zur Zeit überarbeitet !!!

Hinweise zur Nutzung von Autodesk Inventor als CAD-Programm:
 
1. Geometrie-Reduktion durch Nutzung von Symmetrie-Eigenschaften:

• Im Beispiel legt man eine neue Skizze auf die Oberseite der Lasche und zeichnet ein Rechteck (2-Punkte) über eine Hälfte der Lasche (mit Fang der Eckpunkte).
• Element erstellen > Extrudieren > Differenz durch "Alle" nach Wahl der Symmetriehälfte als Profil entfernt diese Hälfte vom Bauteil-Volumen:
  

2. Geometrie-Reduktion von 3D-Volumen auf 2D-Fläche:

• Im Beispiel entsprechen die obere und untere Fläche der Lasche in Form und Größe exakt der Mittel-Ebene.
• Man kann eine ausgewählte "Fläche exportieren als ..." AutoCAD DXF (.dxf):
  
• In den Export-Optionen sollte man im Sinne der Kompatibilität die älteste verfügbare DXF-Dateiversion wählen und dies mit Fertigstellen bestätigen:
  
• Die DXF-Datei sollte den gleichen Namen erhalten, wie das Bauteil (Lasche_xx).

3. Regenerieren der ursprünglichen Geometrie:

• Nach dem Speichern der reduzierten Geometrie muss man die Reduktion unterdrücken, bevor man das CAD-Modell speichert:
  
• Dazu ist es sinnvoll, die für die Reduktion benutzte Extrusion entsprechend umzubenennen (z.B. in "Symmetrieschnitt") und dann dieses Element über eine Funktion seines Kontextmenüs (rechte Maustaste) zu "unterdrücken".
• Danach: "Speichern nicht vergessen!". Damit kann bei Bedarf z.B. von einem geänderten Bauteil die halbe 2D-Fläche zur Vorbereitung einer erneuten Finite-Elemente-Analyse exportiert werden.

Allgemeiner Hinweis:

• Verfügt man noch nicht über ein CAD-Modell und möchte trotzdem eine 2D-FEM-Simulation durchführen, so kann man das soeben beschriebene Prinzip trotzdem nutzen.
• Anstatt die 2D-Kontur in der "gewöhnungsbedürftigen" Editier-Umgebung von AutoCAD zu erstellen, kann man einfach die Skizzierfunktionen des AutoDesk Fusion verwenden.
• Um den Inhalt dieser Skizze als DXF-Datei exportieren zu können, muss man zuvor mittels Extrusion aus der Skizze ein "flaches" Bauteil erzeugen.

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