Fragen zu FEM1 (Finite Elemente Metohde)

-Inital Strain anwenden (Vordehnung einbauen)

Durch berechnung der Dehnung welche für eine Vorspannug gebraucht wird, kann eine Temperaturlast angebracht werde, welche genau diese Dehnung herbeiführt. Dadurch wirkt genau die Vorspannung au das Element

Punkt-, Flächen- und Streckenlasten

Volumenlasten

Durch gezieltes Einschränken von Freiheitsgraden an den Knoten.

Starrkörpermode vermeiden.

Prüfen, weche Freiheitsgrade schon eingeschränkt sind. Solver gibt eine Meldung, falls das Bauteil nicht vollständig gelagert ist.

Verformung auf Plausibilität überprüfen. Kraftreaktionen.

1. Elementsteifigkeit rstelllen

2. Stuktursteifigkeit aufbauen

3 Lastvektoren erstellen

4. Gleichungssystem aufstellen und Randbedingungen einbauen

5. Elementverschiebune bestimmen

7. Dehnungen und Spannungen im Element berechnen

-Direkt (z.B Sparse) (gnau, Schniell, hoher Speichebedarf)

-Iterative (z.B Preconditioned Conjugat Gradient) (kleiner Speicherbedarf, ungenauer, Startlösung notwendig)

-Handrechnung

-Vereinfachte Geometrie in FEM-Symulieren

-Verschiebungen und Reaktionskräfte prüfen

-Plausibilität prüfen

-Kontolle verformung und Reaktonskräfkte

-Graphische Darstellung

-Nummerische ausgabe

-Diagrammverläufe

- farbschattierte Bilder

- Höhenlinienplots

- Momentenverläufe

- Tabellen

Ober- und Unterseite müssen richtig definiert werden. Weite wird Bestimmt, wo die Kraft im Abstand zur Mittelachse aufgebracht wird. Wir die Oberseite, die Unterseite oder die Mittelfäche genommen?

Elementgrenzen an Diskontinuitäten - Elementgrenzen (Knoten) sind dort vorzusehen, wo Unstetigkeiten
(Diskontinuitäten) in der Geometrie (z.B. Dickenänderung) oder des Materials (z.B. Wechsel der Elastizitätsmodule)
vorliegen. Knoten müssen auch dort festgelegt werden, wo Einzelkräfte oder Einzelmomente
angreifen oder wo Druckbelastungen sich sprunghaft ändern und wo Lagerbedingungen (z. B.
Stützen) berücksichtigt werden sollen.

Konvergenzanalyse Syngularitäten beachten.

-Vergleichsspannung nach Gestaltänderungshypothese bei zähen Werkstoffen, statisch oder schwingender Beanspruchung

- Vergleichsspannung nach Schubspannungshypothese bei spröden Werkstoffen auf Druck grösste Schubspannung ist für das Versagen zuständig

-Vergleichsspannung nach Normalspannungshypothese (spröde Werkstoffe) grösste Normalspannung (= 1. Hauptspannung) ist für das Versagen zuständig

-Die 1. / 2. Hauptspannung wird als Auswertung bei spröden Werkstoffen als Vergleichsspannung verwendet.

Die Vergleichsspannung ist eine rechnerische Spannung, welche dei gleiche Beanspruchung des Wrkstoffes verursacht, wie wenn zwei verschiedene Beanspruchungsarten, wie z.B Torsion und Druck auf ein Bauteil wirken. Durch das Vergleichen der zusammengesetzen Vergleichspannung mit den zulässigen Werkstoffwerten, kann eine Aussage über die Festigkeit gemacht werden.

Die Beulanalyse ist eine Technik zur Bestimmung von kritischen Lasten bei denen eine Struktur instabil
wird, sowie der dazugehörigen Beuleigenformen.

-Lineare Beulanalyse

Bei der Eigenwertbeulanalyse wird die theoretische Beulfestigkeit einer linearen elastischen Struktur bestimmt.
Diese Methode wird in der Literatur auch als elastische Beulanalyse bezeichnet. So stimmt z.B. die
Eigenwertbeulanalyse eines Knickstabes mit der klassischen Knickung nach Euler überein.
Die meisten realen Strukturen erreichen jedoch ihre theoretische Beulfestigkeit nicht.

-nichtlineare Beulanalyse

Die Nichtlineare Analyse ist gewöhnlich der exaktere Weg und wird deshalb für die Konstruktion oder
die Bewertung von bereits vorliegenden Strukturen empfohlen. Diese Technik verwendet eine nichtlineare
statische Analyse mit schrittweiser Laststeigerung, um das Lastniveau herauszubekommen, bei dem die
Struktur instabil wird.

Beim Aufbringen einer Einheitskraft von 1N auf einen Balken, kann mit der Eigenwertbeulanalyse der Lastmultiplikater (Sicherheit) abgelesen werden, welcher in diesem Fall der kritischen Knicklast entspricht.

1.Statisch-Meachanische-Analyse (mit Einheitskraft 1N)

2.Einfügen einer Eigenwert-Beulanalyse und mit der Lösung  verlinken gemometrie, Modell, Technische Daten

Lösung zur neue Eigenwertbeulanalyse übertragen.

3.Eigenwert-Beulanalyse giebt dei (nicht ganz exakte) Verformung ders Balken an.

4.Über den Lastmultiplikator kann die kritische Knicklast herausgelesen werden.

Iterativer Aufbreingen schrittweise Laststeigerung (inkrementell bis Lösung divergiert), und die Kritische Last heraus zu bekomme, bei der die Strucktur instabiel wird.

Lastrschitte dürfen nicht zu gross sein, sonst kan die kritische Last nicht genau bestimmt werden.

-Spannungen

-Verschiebungen

-Reaktionskräfte

-Schnittkraftverläufe

Im Jahre 1950 wurden das erste Mal Strukturberechnungen durchgeführt und zwar in der Automobiel-, Luft- und Raufahrtindustrie. 1967 kam das erste Mal der Name FEM ins Spiel. Tuerst waren nur mechanische FE-Methoden möglich, bis heute wurden weitere FE-Methoden im Bereich Strömung, Multiphysik und Magnetismus entwikelt.

Durch die schnelleren Rechner Heutzutage, ist es möglich schnellere und genauere FEM-Analysen durchzuführen. Es können Heute Strukturen, Strömiungen, Wärmeleitungen, Magnetismus und Multiphysik berechnet analysiert werden.

Netzfreie Methoden, intelligente Programme (Prausibilitätsprüfung durch Programme)

Die Entwicklung geht in Richtung Integration ins CAD-System bzw. in den Entwiklungsprozess und virtuelle Produkktentwiklung. (CAE)

-Idealisierung --> Welche physikalischen Idealisierungen müssen berücksichtigt werden. (Abstraktion einer Struktur auf ein Mathematisches gebilde)

-Modellbildung --> Wie kann die idealisierte Physik mit der FE-Methode beschriben werden?

1.Idealiesierung der Ralstruktur (Art des Modells, Symmetrien)

2.Materialeigenschaften festlegen

3.Netzbildung (Art des Netzes, Feinheit)

4.Randbedingungen bzw. Lagerungen und Kräfte (Starrkörpermode Vermeiden)

1.Idealisierung

2.Modellbildung (Netz, Dehnungszustand, Spannungszustahnd)

3.Auswertung der Ergebnisse

4.Resultate verifizieren

Die Aussagesicherheit hängt massgeblich vom Bediener ab.

Faktoren welche die Genauigkeit beeinflussen sind:

-Ansatzfunktion

-Elementform

-Elementgrösse

-Netzfeinheit

-Idealisierung

-Numerische Fehler

-Kompetenzen des Anwenders

-genauigkeit der Eingangsdaten

-Kundenzufriedenheit hersellen durch eien aufgabenorietierte Lösungsfindun

-Aufzeichnungen der FE-Einsatzes mit vertändlichen Ergebnissen

-Bewertung,, Verifizierung und Validierung der FE-Ergebnissen und eine Bescheinigung durch eine Fachperson oder dessen Vorgesetzten (Unterschrift).

-Fähigkeit des Presonals und angemessene Infrastruktur muss vorhanden sein (ISO 9001)

-Verkürzung der Entwicklungszeiten

-Reduktion von Herstellkosten und Einsparung von Ressourcen

-Innovation und Krativität

-Erzielung höherer Qualität

-Erfüllung zunehmend strengerer Normen

Das Potetntial computergestützter Simuliation ist in allen Phasen der Produktentwiklung von Vorteil. Jedoch ergibt sich einen sehr grossen Nutzen bei der frühen Fehler und Problemerkennung in der Entwiklungsphase.

FEM wird eigentlich in allen Branche eingesetzt. Denn Material ist Geld und wo Material gespart wird, wird auch Geld gespart.

vor allem: Luft-Raumfahrt, Automobilindustrie und Maschinenbau

Anwendungsgebiete: Strukturmechanik, Wärmeleitung, Strömung, Magnetfeldberechnungen, Multiphysik

Die Aufgaben des FEM Anwenders ist es die richtige Idealisierung und Modellbildung für die Aufgabenstellung zu finden. Er muss für die errechneten Ergebnisse Interpretieren, verifizieren und auf Plausibilität prüfen und dokumentieren.

Dazu muss er ein solides Grundwissen im Bereich Mechanik, Strukturmechanik und Werkstoffkunde haben.

-Mindestens 80% des Prensums asl FE-Analytiker

CAE=Computer Aided Engeneering (rechnergestütztes Entwikeln)

CAE ist eine Kombination von CAD und FEM.

CAD stellt Datei zur verfügung ---> Schnittstelle ---> Pre-Prozessor des CAE interpretiert die CAD Datei und bereitet sie auf ---> FEM-Universalprogramm ---> Post Prozessor.

Das integrierte CAD/CAE-System wie z.B NX. Ideal für Konstruktionsbegleitete Berechnungen unter einfacher Bedinung.

Ein Schnittstellenprotokoll (IGES, VDA, FS, Step) ist ein Dateientyp der erzeugt wird, wenn die Geometrie an vom CAD an das FE-Programm übergebenwerden soll. Im FE-Programm werden die Dateien wieder umgesetzt direkt oder indirekt.

-Direkt: Parasolid, UG, etc

Indirekt: IGES, STEP, DXF (neutrales Format)

Die Gefahr ist es zu viel Informationen der Geometrie vom CAD ins FEM zu übernehmen, welche für die FE-Analyse nicht relevant sind.

-Komplexe Randbedingungen nicht möglich

-nichtlineare Analysen meist nicht möglich (CAD-System kann nur linear unter einfachen randbedingungen)

-Material-Nichtlinearität (Inhomogenes Material, Plastizität und Hyperelastizität)

-Geometrische-Nichtlinearität (Grosse Verformungen bei kleiner Spannung, instabilität))

-Randbedingungen: Kontakt mit Reibung

Verstanden: Verformung des Pauteils ist nicht Proportional mit der aufgebrachten Kraft

-Falche Annahme des Verhalten des Werkstoffes

-Falsche Randbedingungen setzen8-Unkorrekte Beurteilung von nichtlinearen Stellen (Sigularitäten)

-Fehlinterpretation

-Falsche Idealisierung / Modelierung