10 Tipps und Tricks

In einer Einleitung werden verschiedene Möglichkeiten der Kopplung unterschiedlicher physikalischer Domänen diskutiert. Begriffe wie Kopplung auf Systemebene über Terminals und auf Feldebene über Lastvektor oder Matrixkopplung werden zugeordnet. Wie diese Kopplungsmöglichkeiten sich in der ANSYS Simulationsumgebung wiederfinden, wird aufgezeigt. Am Beispiel eines Aktuators wird erläutert, welche physikalischen Domänen gekoppelt betrachtet werden müssen, um die hier vorhandenen temperaturabhängigen Materialeigenschaften zu berücksichtigen. In einem Beispiel zu einer Steckverbindung wird aufgezeigt, wie eine vom Kontaktdruck abhängige Leitfähigkeit berücksichtigt wird und Ergebnisse aus dieser Simulation werden diskutiert.

Es soll durch Einsatz der FEM-Methode nachgewiesen werden, dass ein idealisiertes Bruchstück einer geborstenen Struktur von einer metallischen Schutzwand (Stahl-Berstschutz) sicher zurückgehalten werden kann. Der Vortrag richtet sich an Ingenieure, die sich einen Überblick über die unterschiedlichen Ansätze und Berechnungsmethoden in den beiden FE-Systemen verschaffen möchten.Hierzu werden zunächst kurz theoretischer Ansatz und Modellaufbau im FEM-Code Creo Simulate vorgestellt sowie die damit verbundenen Möglichkeiten und Grenzen der Simulation behandelt. In diesem Code steht zur Lösung dynamischer Strukturprobleme ausschließlich die Methode der modalen Superposition zur Verfügung, man ist also bei der Lösung auf rein lineares Modellverhalten beschränkt. Dies bedeutet, dass der Berstschutz u.U. erheblich überdimensioniert werden muss, wenn man den Gültigkeitsbereich des linearen Modells nicht verlassen möchte. Anschließend wird gezeigt, wie sich dieses Problem unter Verwendung des in ABAQUS zur Verfügung stehenden expliziten Solvers (ABAQUS/Explicit) direkt im Zeitbereich unter Berücksichtigung des nichtlinearen Werkstoffverhaltens bis zum Anriss bzw. Durchschlag des Bruchstückes durch den Berstschutz berechnen lässt. Der Vortrag gibt einen Einblick in den erforderlichen Modellaufbau und die dafür notwendige, viel umfangreichere Werkstoffcharakterisierung.

Eine wesentliche Herausforderung in der Simulation, ist die zunehmende Komplexität von Bauteilen und Baugruppen. Diese Komplexität ist mit modernen CAD Systemen mit wenig Aufwand in kürzester Zeit generiert und führt die traditionelle Simulation basierend auf FE-Methode schnell an ihre Grenzen. Die Bauteile, Baugruppen, sind dann häufig nicht mehr vernetzbar oder die Rechenzeiten übersteigen die verfügbare Kapazität. External bietet durch seinen vernetzungslosen Simulationsansatz die Möglichkeit, die Komplexitätsgrenzen der traditionellen FE-Methoden zu überwinden. Hierzu werden im Vortrag die Funktionsweise von External erläutert und an Beispielen erklärt

1. Einbindung strukturmechanischer Effekte in der statistischen Toleranzrechnung
2. Ermittlung der Toleranzsensitivitäten mit Hilfe von Creo Simulation
3. Alternative Lösungswege
4. Automatisierung des Toleranzmodelles mit CETOL 8.4x

1. methodisches Vorgehen zur funktionalen Tolerierung in der frühen Entwurfsphase des methodischen Konstruktionsprozesses
2. Funktionsflächentolerierung in der Baugruppe und parametrisch/arithmetische Ableitung von Maß-, Form- und Lagetoleranzen auf Unterbaugruppen und Einzelteile
3. Anpassung von Toleranzen nach der statistischen Toleranzanalyse mit CETol
4. Vor- und Nachteile für der frühen funktionalen Tolerierung
5. methodische 3D-Tolerierung unter Creo Parametric

Mittels Parametrisierung der Geometrie von Querschnittsübergängen in Creo Parametric und anschließenden Sensitivitätsstudien in Creo Simulate lassen sich sehr effizient Kerbspannungen in Konstruktionsbauteilen reduzieren (siehe den Vortrag von I. Ciomber und R. Jakel SAXSIM 2014). Der vorliegende Vortrag zeigt darauf aufbauend, wie Querschnittsübergänge erstellt und berechnet werden können, die nicht als Standard-Feature im CAD-System enthalten sind, sondern eigens programmiert werden müssen. Dies wird exemplarisch für die Kettenlinie und Klothoide durchgeführt. Die in Mathcad-gestützte Erstellung der benötigten Kurvengleichungen in Parameterdarstellung zur Programmierung im CAD-System wird ausführlich erörtert

Für die Simulation eines fasergewickelten Drucktanks werden die Ergebnisdaten einer Wickelsimulation, bestehend aus Geometrieinformationen und lokalen Wickelwinkeln, von denen wiederum die Materialeigenschaften und die erforderliche Messgrößen abhängen, automatisch in ein Creo-Simulationsmodell unter Verwendung der VB-Schnittstelle umgesetzt. Weiter wird auf die Auswertung der Ergebnisse eingegangen.

1. Vorgehensweise bei der Bewertung von Rissen
2. Ermittlung von Rissspitzenparametern analytisch vs. Simulation, Anwendungsbeispiel

1. Grundlagen der Technologie zum kontinuierlichen thermoplastischen Tapelegen zur Erzeugung geschlossener rotationsunsymmetrischer Strukturbauteile mit inkonstantem Querschnitt (Beschaffung der Randbedingungen für die Maschinenentwicklung)
2. Konzeption der Gesamtanlage sowie Struktursynthese eines Orbitalwickelmoduls zum Abfahren variierender Führungsbahnen
3. Maßsynthese und Bestimmung der erforderlichen Verfahrwege der Einzelantriebe mittels inverser Kinematik (mittels ProE 5.0 und Mathcad) für ein Beispielprofil
4. Dimensionierung: simulative und analytische Bestimmung der Antriebsleistung und Gelenkkräfte (mittels ProE 5.0 und Mathcad)
5. Konstruktive Umsetzung (mittels SolidWorks) und Animation der Demonstratoranlage (mittels ProE 5.0), sowie die Vergegenständlichung (der Demonstrator befindet sich derzeit im Aufbau)

Jede Innovation beginnt mit einer Idee, die im Laufe des Produktentwicklungsprozesses ausgearbeitet und validiert werden muss. So müssen die geforderten Funktionen durch Simulationen bereits vor der Prototypenfertigung sichergestellt werden. Hier hat sich die Finite Elemente Analyse als wichtiges Werkzeug bewährt, um beispielsweise auftretende Verschiebungen und Spannungen eines Bauteils während des Betriebs zu bestimmen. Die Methode der Finiten Elemente Analyse ist bereits in vielen kommerziellen sowie auch freien Softwaretools (Bsp.: Z88Aurora [1]) auf den verbreitetsten Betriebssystemen implementiert. Auf mobilen Geräten wie z. B. Tablets oder Smartphones ist die Finite Elemente Analyse jedoch noch Neuland, obwohl die Anzahl dieser Geräte sehr stark zunimmt und die Hardware immer leistungsfähiger wird. Aus diesem Grund wurde am Lehrstuhl die erste Finite Elemente Analyse Applikation für ein mobiles Betriebssystem geschrieben und unter dem Namen Z88Mobile veröffentlicht. Als Zielsystem wurde zunächst Android gewählt, da es unter mobilen Geräten die größte Verbreitung aufweist. Neben der kanonischen Herangehensweise Android Apps unter Verwendung des Android SDKs (Software Development Kit) in Java zu schreiben [2] gibt es eine Reihe Alternativen. Z88Mobile wurde mithilfe der Entwicklungsumgebung Xamarin erstellt. Diese Plattform ermöglicht es Android Apps in der Programmiersprache C# im .Net Framework zu programmieren [3]. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass große Teile des Codes weiterverwendet werden können um die App ebenfalls auf iOS sowie Windows RT zu veröffentlichen. Dies vereinfacht die Cross-Plattform Entwicklung ungemein. Für die Entwicklung der App wurde ein Konzept entwickelt, das es ermöglicht sowohl unerfahrenen Nutzern sowie langjährigen FEA-Anwendern gerecht zu werden und abhängig vom Wissensstand die richtigen Optionen zu Verfügung zu stellen um die Aufgabenstellung möglichst effizient zu lösen.

Die Mehrkörpersimulation (MKS) kommt in immer mehr Bereichen zum Einsatz. Bis vor einigen Jahren war das Thema fast ausschließlich im Automobilbereich wichtig. Heute wird der Ansatz in fast allen Bereichen der Technik, in dem "Bewegungsabläufe" eine Rolle spielen, eingesetzt. Im Gegensatz zur Finite Elemente (FE)-Methode, für die eine detaillierte Bauteiltopologie mit einer Vielzahl von Elementen nötig ist, können mit MKS-Systemen selbst komplexe mechanische Systeme mit einer relativ geringen Anzahl an Freiheitsgraden abgebildet werden. Das Programm Adams hat diese Entwicklung maßgeblich mit gestaltet. Neben den Erweiterungen im Bereich der Solver und anderer mathematischer Formulierungen war immer die einfache Benutzerführung, die Integration von weiteren Simulationstechnologien und auch die Entwicklung von Spezialanwendungen ein wichtiges Thema der Entwicklung. Im Rahmen dieses Vortrages wird der Einsatz von Adams an Hand von Beispielen demonstriert. Weiterer Schwerpunkt ist die Erweiterung der Modelle durch Berücksichtigung der elastischen Materialeigenschaften einzelner Bauteile. Anschließend werden die Vorteile gezeigt, die der Anwender beim Einsatz von Adams/Machinery hat. Adams/Machinery ist eine Weiterentwicklung von Adams, die system- und bauteilspezifische Problemstellungen mit Hilfe der Mehrkörperdynamik löst. Die Software enthält verschiedene Module in Form eines "Bausatzes" für Zahnräder und Getriebe, Riemen, Kettensysteme, Wälzlager, Seile und Elektromotoren. Der Beitrag wird abgeschlossen mit einem Ausblick auf die Integration von nichtlinearem Materialverhalten innerhalb von Adams.

1. Charakteristika anwendungsgerechter assoziativer Produktstrukturen
2. Einsatz von Knowledgeware und Nutzung der Makro-Schnittstelle zur Ermittlung grundlegender Konstruktionsparameter und Randbedingungen für eine anwendungsgerechte Produktentwicklung
3. Automatisierte Abstraktion zur Handlingoptimierung komplexer Baugruppen
4. Konstruktionsstrategie zur Erstellung umfangreicher Maschinenmodelle

1. Vorstellung des Problems und Aufbau eines reduzierten FE-Modells unter Ausnutzung von Symmetrien
2. Berechnung der Bauteilverformung und der Spannungsverteilung für eine definierte Last
3. Parametrisierung des Modells (Festlegung der Eingangs- und Ausgangsparameter) und Verknüpfung mit einer CAD-Schnittstelle
4. Durchführung einer Konstruktionsoptimierung anhand definierter Zielgrößen
5. Vergleich verschiedener Optimierungsansätze

1. Leichtbau
2. Gewichtsreduktion
3. Bauteilanforderungen (Steifigkeiten, Spannungen, ...)
4. Topologieoptimierung
5. Gestaltoptimierung
6. Ergebnisrückführung

Mittels Parametrisierung der Geometrie von Querschnittsübergängen in Creo Parametric und anschließenden Sensitivitätsstudien in Creo Simulate lassen sich sehr effizient Kerbspannungen in Konstruktionsbauteilen reduzieren (siehe den Vortrag von I. Ciomber und R. Jakel SAXSIM 2014). Der vorliegende Vortrag zeigt darauf aufbauend, wie Querschnittsübergänge erstellt und berechnet werden können, die nicht als Standard-Feature im CAD-System enthalten sind, sondern eigens programmiert werden müssen. Dies wird exemplarisch für die Kettenlinie und Klothoide durchgeführt. Die in Mathcad-gestützte Erstellung der benötigten Kurvengleichungen in Parameterdarstellung zur Programmierung im CAD-System wird ausführlich erörtert

1. Modellbildung
2. Erfassung und Aufbereitung der Messdaten
3. Berechnung des stochastischen Zusammenhanges mittels Regressionsrechnung am Beispiel einer DampfkesselKennlinie
4. Sicherung, Darstellung, Verifizierung und Nutzung der Ergebnisse der Regressionsrechnung
5. Möglichkeiten und Grenzen der Regressionsrechnung bei der stochastischen Modellierung