Finite-Elemente-Methoden mit CATIA V5 / SIMULIA

Inhalt

1 Einleitung

1.1 Arbeitsumgebungen

1.2 Aufbau des Buches

1.3 Internet-Link

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Finite Elemente des elastischen Kontinuums -Verschiebungsansatz

2.2 Beispiel einer FEM-Berechnung

3 Arbeitsumgebung GPS

3.1 Vorbereitung einer GPS-Analyse

3.2 Die Materialbibliothek

3.2.1 Anlegen einer neuen Materialfamilie

3.2.2 Anlegen eines neuen Materials

3.2.3 Sonstige Icons in der Material Library

3.2.4 Übungsbeispiel Material Library

3.2.5 Pfadeingabe für den neuen Materialkatalog

3.2.6 Materialzuordnung

3.3 Vorgangsweise bei der Berechnung

3.3.1 Definition der gewünschten FEM-Analyse

3.4 Einstiegsbeispiel für GPS

3.4.1 Aufgabenbeschreibung

3.4.2 Öffnen des Startmodells

3.4.3 Auswahl des Analyseprozesses

3.4.4 Randbedingungen zur Bauteillagerung

3.5 Standardeinstellungen für GPS

3.5.1 Spannungen in der Einheit MPa

3.5.2 Generelle Standardeinstellungen von GPS

3.5.3 Festlegen der Speichereinstellungen

3.6 Der CATIA ELFINI Solver

3.7 Möglichkeiten der Vernetzung

3.7.1 Beam-Elemente (1D-Elemente)

3.7.2 Schalenelemente (2D-Elemente)

3.7.3 Tetraederelemente (3D-Elemente)

3.8 Der Abaqus Solver

4 Definition der Randbedingungen

4.1 Bedingungen direkt auf Bauteilgeometrie

4.1.1 Feste Einspannung

4.1.2 Flächenloslager

4.1.3 Erweiterte Bedingung (Allgemeine Definition)

4.1.4 Isostatische Randbedingung

4.2 Virtuelle Elemente

4.2.1 Starres virtuelles Teil

4.2.2 Bewegliches virtuelles Teil

4.2.3 Virtuelles Kontaktteil

4.2.4 Beispiel zur Anwendung virtueller Teile

4.2.5 Virtuelles Teil mit starrer Feder

4.2.6 Virtuelles Teil mit beweglicher Feder

4.3 Randbedingungen über virtuelle Teile

4.3.1 Loslager

4.3.2 Gleitdrehpunkt

4.3.3 Kugelgelenkverbindung

4.3.4 Drehpunkt

4.4 Zusammenfassende Übersicht

4.5 Berücksichtigung von Bauteilsymmetrien

4.5.1 Symmetrierandbedingung

4.5.2 Periodizitätsbedingung

5 Definition der Lasteinleitung

5.1 Druck

5.2 Verteilte Last

5.3 Moment

5.4 Lagerlast

5.5 Importierte Kraft

5.6 Importiertes Moment

5.7 Streckenlast

5.8 Flächenlast

5.9 Körperkraft

5.10 Dichte der Kraft

5.11 Beschleunigung

5.12 Rotation

5.13 Erzwungene Verschiebung

5.14 Temperaturfeld

5.15 Zusammenfassende Übersicht

6 Durchführung der Berechnungen

6.1 Erster Rechenschritt

6.2 Netzverfeinerung und weitere Berechnung

6.3 Überprüfung der Genauigkeit

6.4 Strategien bei der FEM-Analyse

6.4.1 Qualitative Prüfung der Ergebnisse

6.4.2 Variantenvergleich bei verfeinertem Netz

6.4.3 Lokale Spannungsuntersuchungen

6.5 Berechnungsmethoden im ELFINI-Solver

6.5.1 Der Gauß-Algorithmus

6.5.2 Das Gradientenverfahren

6.6 Verfügbare FEM-Analysen

6.6.1 Statischer Prozess

6.6.2 Durch die Statik erzwungene Frequenzen

6.6.3 Frequenzprozess

6.6.4 Beulprozess

6.6.5 Kombinierter Prozess

6.6.6 Dynamische Schwingungsprozesse

7 Auswertung der Ergebnisse

7.1 Darstellung des Netzes

7.2 Von-Mises-Vergleichsspannungen

7.3 Darstellung der Verformungen

7.4 Darstellung der Hauptspannungen

7.4.1 Die Normalspannungshypothese

7.4.2 Die Schubspannungshypothese

7.4.3 Die Gestaltänderungsenergiehypothese

7.5 Darstellung der Genauigkeit

7.6 Analysetools

7.6.1 Animieren

7.6.2 Schnittebenenanalyse

7.6.3 Maßstabsfaktor der Verformung

7.6.4 Extremwert bei Bild

7.6.5 Informationen

7.6.6 Bildlayout

7.7 Symbolleiste Analyseergebnisse

7.7.1 Bericht der Basisanalyse

7.7.2 Verbesserter Bericht

7.7.3 Protokoll der Berechnungen

7.7.4 Listenbericht

7.8 Sensoren

7.8.1 Reaktionssensor

7.8.2 Globaler Sensor

7.8.3 Lokaler Sensor

7.8.4 Werte für Sensoren anzeigen

8 Verfügbare Finite Elemente

8.1 1D-Elemente (Balkenelemente)

8.1.1 Vorgangsweise bei der Vernetzung

8.1.2 Zuordnung von Eigenschaften

8.1.3 Berechnung mit Balkenelementen

8.2 2D-Elemente (Schalenelemente)

8.2.1 Vorgangsweise bei der Vernetzung

8.2.2 Zuordnung der Eigenschaften

8.2.3 Berechnung mit Schalenelementen

8.2.4 Definition veränderlicher Wandstärken

8.3 Viereckige Schalenelemente (2D-Elemente)

8.3.1 Vernetzung mit viereckigen Schalenelementen

8.3.2 Qualität des Netzes überprüfen

8.3.3 Netz editieren

8.3.4 Berechnung mit Schalenelementen

8.4 3D-Elemente (Tetraederelemente)

8.4.1 Lineare Tetraederelemente (TE4)

8.4.2 Das parabolische Tetraederelement (TE10)

8.4.3 Unterschiede von TE4- und TE10-Elementen

8.5 Hexaederelemente (3D-Elemente)

8.6 Neuerungen in CATIA V5R14

8.6.1 Tetraeder Filler

8.6.2 Erweiterte Möglichkeiten bei der Hexaedervernetzung

9 Übungsbeispiele GPS

9.1 Stahlplatte mit Bolzenverbindung

9.2 Kipphebel

9.3 Sicherungsring

9.4 Optimierung eines Zylindergehäuses

9.4.1 Konstruktionsvariante 1

9.4.2 Konstruktionsvariante 2

9.4.3 Konstruktionsvariante 3

9.4.4 Konstruktionsvariante 4

9.5 Vernetzung eines Zylinderkopfs mit dem Tetraeder-Filler

9.6 Zahnradberechnung mit Hexaederelementen

10 Baugruppenberechnung (GAS)

10.1 Bedingungen in der Baugruppe

10.1.1 Bedingungen im Assembly Design

10.1.2 Analysis-Connection-Bedingung (Analyse allgemeiner Verbindung)

10.2 Verbindungen zwischen zwei Teilen

10.2.1 Eigenschaft der fixierten Verbindung

10.2.2 Eigenschaft der Gleitverbindung

10.2.3 Eigenschaft der Kontaktverbindung

10.2.4 Eigenschaft der fixierten Federverbindung

10.2.5 Eigenschaft der Presspassverbindung

10.2.6 Eigenschaft der Schraubenverbindung

10.3 Ferne Verbindungen

10.3.1 Starre Verbindung

10.3.2 Bewegliche Verbindung

10.3.3 Verbindung mit virtuellem Festdrehen von Bolzen

10.3.4 Verbindung mit virtuellem Festdrehen von Federbolzen

10.3.5 Benutzerdefinierte Verbindung

10.4 Schweißverbindungen

10.4.1 Definition eines benutzerdefinierten Materials

10.4.2 Die Punktschweißverbindung

10.4.3 Nahtschweißverbindung

10.5 Übersicht der Baugruppenverbindungen

11 Übungsbeispiele zu Baugruppen

11.1 Abtriebswelle mit Riemenscheibe

11.2 Punktschweißverbindung

11.3 Schweißnahtverbindung

11.4 Kurbeltrieb eines Verbrennungsmotors

11.5 Baugruppe mit unterschiedlichen finiten Elementen

12 FEM-Berechnungen mit SIMULIA

12.1 Fluent for CATIA

12.1.1 Startbeispiel Rohrleitung mit Durchmessersprung

12.1.2 Strömungssimulation eines Sportflugzeugs

12.2 ANL Abaqus nichtlineare Simulationen

12.2.1 Nichtlineare Simulation von hyperelastischen Materialien

12.2.2 Reibungsbehaftete Vorgänge

12.3 ATH Abaqus Thermische Analysen

12.3.1 Berechnung der Wärmebelastung einer Bremsscheibe

12.3.2 Koppelung ANL und ATH

13 Hinweise für die Anwender

13.1 Modellprüfprogramm

13.2 Elemente gruppieren

13.3 Speichern und Versenden von Ergebnisdaten

13.4 Optimierung von Bauteilen (Knowledgeware)

13.5 Schnittstellen zu anderen Produkten

13.6 Allgemeine Hinweise

14 Literaturverzeichnis

15 Index