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 Mechanical 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 auch Autodesk Simulation Mechanical 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.
• Die verwendete Inventor-Version darf nicht neuer sein, als die Version von Simulation Mechanical!

Autodesk Simulation Mechanical:

• Betriebssystem-Hinweis:
  • Seit der Version Autodesk Simulation Mechanical 2015 existiert diese Software nur noch in der 64-Bit-Version. D.h., diese Version läuft nur unter Windows 64-Bit!
  • Besitzt man nur ein 32-Bit-Window, so ist es noch möglich, die Übungen mit den 2014-er Versionen von Autodesk Inventor und Simulation Mechanical zu bearbeiten.
  • Die Installation und Inbetriebnahme von Autodesk Simulation Mechanical entspricht der von Autodesk Inventor, wie dies im OptiYummy-CAD-Tutorial beschrieben ist.
• Grafikkarten-Hinweis:
  • Standardmäßig wird für die Darstellung der Ergebnisse in Form von Farbverläufen auf dem FEM-Netz eine Grafikkarte vorausgesetzt, welche OpenGL zur "Hardwarebeschleunigung" unterstützt. Ansonsten erscheint kein Farbverlauf auf dem Bauteil.
  • Wird ein Intel Core Prozessor mit integrierter HD Graphic 3000/4000 benutzt, ist die Hardwarebeschleunigung zwar im Programms aktiviert, kann aber mangels Unterstützung durch die "echte" Hardware nicht ausgeführt werden (d.h., es werden keine farbigen Konturdarstellungen abgebildet).
  • Die Grafik-Konfiguration erreicht man in der Multifunktionsleiste des Programms unter Extras > Anwendungsoptionen > Grafiken > Hardware. Leider ist das Kästchen zum Deaktivieren der "OpenGL Hardware-Beschleunigung" grau (=nicht bedienbar).
  • Problem-Lösung:
    Man muss Autodesk Simulation Mechanical einmalig als Administrator ausführen (rechte Maus auf Desktop-Icon > Kontextmenü > Als Administrator ausführen), unabhängig davon, ob man als Nutzer bereits über Admin-Rechte verfügt! Dann kann man obige beschriebene OpenGL Hardware-Beschleunigung deaktivieren und die Anzeige der farbigen Ergebnis-Konturen funktioniert.
• 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 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 eingeschränkte, 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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