Software: FEM - Tutorial - Software

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Verwendete Software

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

1. Der FEM-Prozess sollte für den Nutzer möglichst transparent bleiben.
2. Die verwendeten Begriffe auf der Benutzeroberfläche sollten weitestgehend dem allgemeinen Fachsprach-Niveau auf dem Gebiet der FEM entsprechen.
3. Die typischen Fehlermöglichkeiten bei der FEM-Anwendung sollten reproduzierbar sein.
4. FEM-Tools innerhalb einer CAD-Umgebung zum Zwecke von Belastungsanalysen sollten nutzbar sein.
5. Die Einbindung der FEM-Simulation in eine Analyse- und Optimierungsumgebung sollte möglich sein.
6. Die Software sollte von allen Interessenten ohne großen zeitlichen und finanziellen Aufwand beschafft und genutzt werden können.

Die Wahl fiel nach einigen Recherchen auf drei FEM-Systeme, einen zusätzlichen FEM-Solver und ein Analyse- und Optimierungstool. Dieser Umfang gewährleistet eine praxisrelevante Einführung in die vielen Facetten der FEM-Anwendung.

Hinweis:

Die Studenten der Lehrveranstaltung Praktische Einführung in die FEM erhalten den Zugang zur benötigten Software für die privaten Nutzung vom Betreuer.

FEMAP (Demoversion)

• FEMAP war ursprünglich ein FEM-Pre- und Postprocessor, der mit unterschiedlichsten CAD- und FEM-Systemen zusammenarbeiten kann. Erst später verfügte das Programm über eigene Solver (Gleichungslöser zur Berechnung des Finite-Elemente-Modells). Es können beliebige (geeignete) Solver eingebunden werden.
• Mit Tausenden Installationen handelt es sich um kein Exotensystem, sondern es ist eines der Standardprogramme für die Bildung von FEM-Modellen sowie die Auswertung von FEM-Berechnungen.
• Da es sich um ein universelles FEM-System für unterschiedlichste Solver und physikalische Domänen handelt, orientiert es sich in seiner Funktionalität nur am verallgemeinerten FEM-Prozess.
• Dieses Programm der Firma Unigraphics Solutions Inc. wird seit deren Übernahme durch den Siemenskonzern im Jahre 2007 von Siemens PLM Software vertrieben. Eine kostenlose Demo-CD der aktuellen FEMAP-Version kann man auch bei der SYHAG CAE-TOOLS GmbH bestellen. Nach der Installation läuft FEMAP ohne Freischaltung als Demo-Version (eingeschränkt auf 300 Knoten bzw. Elemente).
• Hinweis: Das Zusammenspiel mit dem in der Übung verwendeten MEANS-Solver wurde bisher nur bis zur Version FEMAP 10.1 getestet. Es besteht berechtigte Hoffnung, dass diese Kopplung auch mit der aktuellen Version FEMAP 10.3 funktioniert!

MEANS-Solver (Demoversion - Version 14.04.2010):

• Obwohl die Demo-Version von FEMAP einen eigenen Solver mitbringt (NX-Nastran), wird für diese Übungen ein separater Solver verwendet, der von Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn (HTW-Dresden) entwickelt wurde.
• Es handelt sich hier um eine eingeschränkte Version (2000 Knoten) des Solvers, welcher im FEM-Systems MEANS implementiert ist (Vertrieb des Komplettsystems über Ing.büro HTA-Software: http://www.femcad.de).
• Durch die Eigenschaften des MEANS-Solvers können einige Beschränkungen der verwendeten FEMAP-Demoversion gemindert werden (Knotenanzahl und Berechnung unterschiedlicher Lastfälle mit einem FE-Modell).
• Achtung: Die im Folgenden beschriebene Installation setzt ein FEMAP der Version 10 voraus! Die Schnittstelle zwischen dem MEANS-Solver und FEMAP ist nur in dem Umfang realisiert, wie es im Rahmen dieser Lehrveranstaltung benötigt wird. Darüber hinaus gehende Funktionalität kann in der vorliegenden Konfiguration nicht garantiert werden.

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.

Autodesk Inventor / Autodesk Simulation Multiphysics:

• 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 Installation und Inbetriebnahme von Autodesk Simulation Multiphysics entspricht der von Autodesk Inventor, wie dies im OptiYummy-CAD-Tutorial beschrieben ist.
• 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.

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.
• Achtung:
  Teilnehmer der Lehrveranstaltung Praktische Einführung in die FEM können eine OptiY-Studentenlizenz vom Betreuer erhalten.

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