Software: FEM - Tutorial - FEM-Prozess - Mass-System
Wahl des Maßsystems
Hinweis:
Klassische FEM-Systeme verwenden auf ihrer Benutzeroberfläche häufig noch keine Maßeinheiten, sondern rechnen nur mit den Zahlenwerten. Der Nutzer ist für die Interpretation dieser Zahlenwerte als physikalische Größe selbst verantwortlich! Erst die neueren Entwicklungen unterstützen den Anwender bei der Verwendung von Maßeinheiten, einschließlich ihrer Umrechnung.
- Wenn wir unser Blechteil in einem CAD-System bearbeiten, so ist es dort üblich, an der Schnittstelle zum Nutzer in Millimeter [mm] zu hantieren. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, andere Maßeinheiten zu wählen. Das rechnerinterne CAD-Modell benutzt jedoch zumindest in der deutschsprachigen Version meist die SI-Basiseinheit Meter [m].
- Wir werden in den FEM-Übungen nach Möglichkeit grundsätzlich mit der Einheit Meter [m] arbeiten und auch konsequent alle anderen physikalischen Größen mit SI-Einheiten (ohne "Vorsätze") verwenden. Nur so vermeidet man die Fehlerquelle der Umrechnungsfaktoren.
- Die Konsequenzen sollen für die Mechanik-Domäne an gebräuchlichen Maßsystemen verdeutlicht werden:
System | Länge | Masse | Zeit | Kraft
---------|-------|---------------|------|-------------
MKS (SI) | 1 m | 1 kg | 1 s | 1 N
c g s | 1 cm | 1 g | 1 s | 0.00001 N
TMS (alt)| 1 m | 1 TM=1 kp*s²/m| 1 s | 1 kp=9,81 N
fps | 1 ft | 1 lb | 1 s | 1 lbf=4,45 N
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MKS (SI) = Meter Kilogramm Sekunde
c g s = absolutes System (Gauß)
TMS (alt)= Technisches Maßsystem
fps = feet pound second (lb=pound)
- Wenn man von den SI-Einheiten abweicht, besitzen die Werte der berechneten physikalischen Größen mehr oder weniger "exotische" Dimensionen. Besonders kritisch ist dabei, dass man dies auch bei der Eingabe der Materialwerte berücksichtigen muss, die sich ja ebenfalls in das gewählte Maßsystem einordnen!
Achtung:
Die beschränkte Genauigkeit des Gleichungslösers kann bei sehr unterschiedlichen Größenordnungen der verwendeten physikalischen Größen zu nicht vernachlässigbaren Fehlern führen, z.B. in Mikrosystemen:
In solchen Fällen muss man auf ein geeignetes Maßsystem umsteigen (z.B. auf der Basis von µm für die Länge) und die Umrechnungsfaktoren konsequent für alle physikalischen Größen beachten.
Geometrie-Modell
Wir beginnen die Arbeit an einem neuen Modell (File > New) und speichern das Modell (File > Save) als "Platte1_xx.MOD" mit xx=Teilnehmer-Nummer 01..99.
Achtung:
Der im FEMAP verwendete Parasolid-Geometriemodellierer arbeitet in einer 3D-Box mit dem Zahlenbereich von nur ±500 in jeder Koordinatenrichtung!
- Um auch größere Objekte verarbeiten zu können, wurde ein Skalierungsfaktor eingeführt. Der Wert einer Nutzer-Eingabe wird durch diesen Faktor dividiert, bevor das Abspeichern in der internen Geometriedatenbasis des Programms erfolgt.
- Mit (File > Preferences > Geometry) ist dieser "Solid Geometry Scale Factor" einstellbar:
- Mit dem standardmäßig eingestellten Wert=39,37 (entspricht "1..Inches") wird eine Längeneinheit=1,0 des Desktops mit dem Wert=0,0254 in der internen Datenbasis gespeichert (Grund: direkte Kopplung mit "Inch"-basierten CAD-Systemen). Damit kann man auf der Benutzeroberfläche Geometrien mit einer Ausdehnung von ±19685 Einheiten behandeln.
- Beim Export der Daten (z.B. in das Berechnungsprogramm MEANS oder auf den Desktop) werden die internen Daten wieder mit diesem Faktor multipliziert, so dass der Nutzer davon nichts bemerkt.
Hinweis:
Wir setzen den Scale Factor = 1 (entspricht "1..Meters"), wenn dies noch nicht erfolgt ist! Damit arbeitet die interne Datenbasis mit der von uns benutzten SI-Längeneinheit [m] und auf der Oberfläche sind Teile mit einer Ausdehnung von ±500 m behandelbar. Das ist z.B. für Bauteile der Gerätetechnik oder des Maschinenbaus mehr als ausreichend!
- Achtung:
- Diese FEMAP-Preference wird in der Datei FEMAP.INI gespeichert und erfordert einen Neustart von FEMAP, um für andere Modelle wirksam zu werden.
- Für Teilnehmer der Lehrveranstaltung wurde diese Umschaltung im PC-Kabinett bereits vorgenommen.
