Software: FEM - Tutorial - Software

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Verwendete Software

Bei der Auswahl der für die Übung genutzten Software wurden folgende Aspekte berücksichtigt:

1. Transparenz der FEM-Prozesses für den Nutzer.
2. FEM-Fachsprach-Niveau für die Begriffe auf der Benutzeroberfläche.
3. Reproduzierbarkeit der typischen Fehlermöglichkeiten bei der FEM-Anwendung.
4. Kopplung von CAD- und FEM-Modell innerhalb einer CAD-Umgebung.
5. Einbindung der FEM-Simulation in eine Analyse- und Optimierungsumgebung sollte möglich sein.
6. Beschaffung und Nutzung der Software von allen Interessenten ohne großen zeitlichen und finanziellen Aufwand.

Die Wahl fiel nach einigen Recherchen auf eine CAD-Suite, ein 2D-FEM-Programm sowie ein Analyse- und Optimierungstool. Dieser Umfang gewährleistet eine praxisrelevante Einführung in die vielen Facetten der FEM-Anwendung.

Autodesk Inventor:

• Das CAD-System Autodesk Inventor stellt eine direkte Schnittstelle zum FEM-Programm Autodesk Simulation Multiphysics bereit. So können auf Basis der erstellten CAD-Modelle nicht nur einfache Belastungsanalysen, sondern auch anspruchsvolle Finite Elemente Simulationen durchgeführt werden.
• Seit einigen Jahren bemüht sich Autodesk mit großem Aufwand um einen engen Kontakt zum Ingenieurnachwuchs. Schüler und Studenten können kostenlos auf eine breite Produktpalette zugreifen, die seit kurzem auch Autodesk Simulation Multiphysics in der jeweils aktuellen Version umfasst. Voraussetzung ist eine Registrierung beim Internetportal www.students.autodesk.de.
• Die für die Erstellung der CAD-Modelle mit Autodesk Inventor erforderlichen Bearbeitungsschritte werden im Rahmen des FEM-Tutorials detailliert beschrieben. Vorkenntnisse zu diesem CAD-System sind hierfür nicht erforderlich.

Autodesk Simulation Multiphysics:

• Die Installation und Inbetriebnahme von Autodesk Simulation Multiphysics entspricht der von Autodesk Inventor, wie dies im OptiYummy-CAD-Tutorial beschrieben ist.
• Grafikkarten-Hinweis:
  • Anscheinend ist für die Darstellung der Ergebnisse in Form von Farbverläufen auf dem FEM-Netz eine Grafikkarte erforderlich, welche OpenGL in der "richtigen" Version unterstützt. Ansonsten erscheint kein Farbverlauf auf dem Bauteil.
  • Wird ein Intel Core Prozessor mit integrierter HD Graphic 3000/4000 benutzt, sind die geforderten Voraussetzungen nicht erfüllt. Auf Testsystemen unter Windows7-64 mit HD Graphics 3000 bzw. 4000 und neuestem Grafik-Treiber wurde keine farbigen Konturdarstellungen abgebildet. Es half nur die nachträgliche Installation einer zusätzlichen Grafikkarte, was z.B. auf einem Notebook meist nicht möglich ist!
• Speicherbedarf-Hinweis:
  • Für die innerhalb der Übungen mit diesem Programm erstellten FEM-Modelle liegt der Speicherbedarf auf der Festplatte teilweise im Gigabyte-Bereich!
  • Teilnehmer der Lehrveranstaltung "Praktische Einführung in die FEM" können diese Dateien nicht mehr in ihrem Home-Verzeichnis auf dem Server des PC-Pools ablegen:
    • Während der Übungen ist ein temporärer Ordner auf der lokalen Arbeitsplatte E: zu verwenden.
    • Für den Datentransport wird ein USB-Datenträger empfohlen.
    • Zusätzlich wird Netzwerk-Speicher benötigt, über den auch die Abgabe der Lösungsdateien beim Betreuer erfolgt.
    • Während der Bearbeitung eines Übungskomplexes kann der Netzwerkspeicher als Backup-Medium dienen, um Datenverluste zu vermeiden.

FEMM_4.2:

• 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 http://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):

• Ab der Version 4 von OptiY gibt es die im Funktionsumfang eingschränkte, kostenlose Studenten-Edition als Download leider nicht mehr. Diese Edition wurde missbräuchlich in breitem Maße entgegen den Lizenzbestimmungen kommerziell genutzt, so dass sich der Entwickler zu diesem Schritt gezwungen sah.
• Es ist jedoch weiterhin möglich, eine Trial-Version mit stark eingeschränktem Funktionsumfang beim Hersteller herunterzuladen. Damit sollte es allen Interessenten möglich sein, die Übungsbausteine dieses FEM-Tutorials im Wesentlichen zu bearbeiten. Es funktioniert jedoch nicht der Gaussprozess für die Gewinnung von Ersatzfunktionen auf Basis von FEM-Modellen. Teilnehmer der Lehrveranstaltung "Praktische Einführung in die FEM" erhalten dafür eine spezielle OptiY-Studentenlizenz.

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