FEM1
Kartei Details
| Karten | 91 |
|---|---|
| Lernende | 25 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 27.06.2012 / 08.01.2019 |
| Weblink |
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1.Welches sind die Vorteile der FEM-Analyse?
Kostenersparnis bei der Entwicklung
Optimale Formenentwicklung (Materialersparnis)
Risikobeurteilung
Virtuelle Tests mit verschiedenen Materialien
2.Wie hat sich die FEM-Analyse entwickelt und seit wann wird sie eingesetzt?
Am Anfang vor 60 Jahren standen die Stabmodelle (1941, Hrennkoff), welche durch Ingeneure und Mathematiker entwickelt wurde. Darauf folgten 1953 die Flächenelemente. Seit 1965 wird die FEMkommerziell eingesetzt. Mit der gleichzeitigen Weiterentwicklung der Computer wurde die heutige, leistungsfähige FEM geschaffen. Heute wird mit Volumenberechnungen in sämtlichen Branchen gearbeitet.
3.Welches ist der heutige Stand der FEM-Analyse?
Heute ist es möglich Strukturen, Strömungen, Wärmeleitungen, Magnetismus und Multiphysik zu analysieren.
4.In welche Richtung geht heute der Entwicklungstrend der FEM?
Die Richtung geht in virtuelle Produkte Entwicklung. (CAE)
5.Welches sind die Schritte vom realen Bauteil zum FE-Modell?
1. Idealisierung der Realstruktur (Art des Modells, Symmetrien)
2. Randbedingungen festlegen
3. Netzbildung (Art des Netzes, Refine)
4. Lagerungen, Kräfte (Müssen auf einen Knoten fallen)
6.Welche Bearbeitungsschritte fallen beim Lösen von FE-Problemen an?
1. Idealisierung
2. Modellbildung
3. Ergebnisse
4. Valedierung/Verifizierung
7.Wie ist die Aussagesicherheit bei FE-Analysen und durch was wird deren Genauigkeit beeinflusst?
Die Aussagesicherheit wird massgeblich durch die Sorgfalt des Berechnungsingeneurs beeinflusst. Ein häufiger Fehler besteht in der physikalisch unkorrekten Annahme der Randbedingungen, welches dann zu einer falschen Spannungsverteilung und falschen Auflagerreaktionen führt.
Ein weiterer Fehler ist, dass die ausgewählten Elemente die Reaktionen des Bauteils nur unzureichend wiedergeben, wodurch die tatsächliche Spannungsverteilung nicht erfasst wird.
Des Weiteren kann es sein, dass zu stark vereinfachte Körpergeometrieverläufe zu nicht vorhandenen Spannungsspitzen führen.
Informationsquellen (Material, Berechnung)
Das Netz einfach zu grob gewählt wurde, um verlässliche Aussagen machen zu können.
8.Welche Anforderungen stellen sich an die Qualitätsstandards einer FE-Analyse?
? Kundenzufriedenheit herstellen durch eine aufgabenorientierte Lösungsfindung.
? Aufzeichnung des FE?Einsatzes und deren Ergebnisse
? Bewertung, Verifizierung und Validierung von FE?Ergebnissen. Und eine Bescheinigung der Richtigkeit durch eine Fachperson oder dessen Vorgesetzter (Unterschrift).
9.Was für Vorteile bringt eine computergestützte Produktentwicklung?
Die Chancen der Produktentwicklung ergeben sich aus:
? der Verkürzung von Entwicklungszeiten,
? der Reduktion von Herstellkosten und Einsparung von Ressourcen,
- der Innovation und Kreativität,
- der Erzielung höherer Qualität und
- der unverzüglichen Erfüllung zunehmend strengerer Normen.
Antworten zum FEM?Fragenkatalog von Baumann Ralf 2 von 8
Ledergerber, Kiser/Oktober 2007
10.Welches Potenzial liegt in der Simulation?
Das Potential computerunterstützter Simulation ist gewaltig. Es wird aber erst dann voll ausgeschöpft, wenn anstelle der traditionellen, tayloristischen Bearbeitung ein simultaner, teamorientierter und abteilungsübergreifender Konstruktionsprozess tritt und dies vom Management getragen wird. Und: die Simulation ist in allen Phasen der Produktentwicklung wichtig. Die frühe Simulation bereits in der Produktplanung (Produktdefinition, Vorentwicklung) ergibt den grössten Nutzen.
11.Welches sind die heutigen Anwendungs- und Einsatzgebiete der FEM-Analyse?
FEM wird heute in allen Brancheneingesetzt: in der chemischen Industrie ebenso wie in der Antriebstechnik, in der Elektronik, in der Freizeit? und Konsumgüterindustrie und in der Medizintechnik. In Zukunft werden Anwendungen in der Prozess?Simulation an Bedeutung gewinnen, um Fertigungskosten und Materialkosten zu reduzieren. Hier sind zu nennen: Metallumformung, z.B. Walzen, Schmieden, Blechtiefziehen oder Innenhochdruckumformung, Blasformen, Pulvermetallurgie, Giessen, Spritzgiessen oder Metalldruckgiessen.
12.Welches sind die Aufgaben und Anforderungen an einen Anwender der FEM?
Aufgaben:
? Naturnahe Idealisierung
? Korrekte Einleitung der Kräfte
? Anpassung der Dimensionen und Form (Durch Kräfte bestimmt)
Anforderungen:
? Grundwissen über die Mechanik, Statik, Dynamik (Im untersuchten Bereich)
? Kennt die Möglichkeiten und Grenzen der FEM?Analyse
? Kann seine Resultate auf Plausibilität prüfen
13.Was versteht man unter CAE?
CAE (Computer aided Engineering)
14.Wie sieht die konventionelle CAE-Prozesskette aus?
CAD?Programm -> Schnittstelle -> Pre?Prozessor ->FEM?Programm -> Post?Prozessor
15.Welche Alternativen gibt es zur konventionellen CAE-Prozesskette?
Die Alternative sind „stand alone“ Systeme
16.Was versteht man unter einem Schnittstellenprotokoll?
Ein Schnittstellenprotokoll (IGES, VDA, FS, Step) ist eine Datei die erzeugt wird, wenn die Geometrie an das FEProgramm übertragen wird. Im FE?Programm werden die Dateien wieder umgesetzt (keine Direktkoppelung). Dieses Protokoll kann üblicherweise verlustfrei übertragen werden.
17.Welche Schnittstellenprotokolle finden hauptsächlich Verwendung?
IGEA, VDA , FS, Step
18.Welche Aspekte gibt es bei einer CAD-FEM Kopplung zu beachten?
Wenn möglich eine Direktkoppelung vorsehen. Bei einer indirekten Koppelung sind die spez. Vor? und Nachteile zu berücksichtigen.
19.Welche Arten der Nichtlinearitäten gibt es und was wird darunter verstanden?
-Materialnichtlinearität (Inhomogenes Material)
?Geometrische Nichtlinearität (grosse Verformungen bei kleinen Spannungen)
20.Welche Fehler kann der Anwender bei der FEM-Analyse machen?
-Falsche Annahme des Verhaltens des Werkstoffes.
?Falsche Randbedingungen (Temperaturen, Äussere Einwirkungen, Lastfälle)
?Unkorrekte Beurteilung von nichtlinearen Stellen (singuläre Stellen)
-Falsche oder zu starke Vereifachungen
21.Welche Fehlerquellen können sich bei der Programm-Handhabung ergeben?
-Strike Abfolge (vordefinierte Schrittweise) beachten
?SI?Einheitensystem anwenden
?Auswahl eines falschen Elementes
?Krafteinleitung (Masternode)
?Falsche Vernetzung (Tetraeder, Kubisch); Free Mesh – Mapped Mesh
?Solverfunktionen beachten (nach jeder Änderung – neue Rechnung starten)
22.Was gibt es bei den Masseinheiten zu beachten?
Da das Programm ohne Masseinheiten rechnet, sind alle einheitlich (SI?Einheiten) anzunehmen (meist mm). Wichtig: Die Erdbeschleunigung kann immer mit 9.81 m/s^2 angenommen werden.
23.Welche Faktoren beeinflussen die Genauigkeit der Ergebnisse?
-Art des Gleichungslösers
?Netzfeinheit
?Zu starke Idealisierung; Vereinfachung
24.Welche Qualitätssicherungsmassnahmen sind zu treffen?
-Verschiedene Netze anwenden
? Modellaufbau mit verschiedenen Elementen realisieren
? Mehrere Anwender überprüfen die gleiche Problemstellung
? Verschiedene Programme benutzen
25.Was stellt die FEM aus rein mathematischer Sicht dar?
Aus mathematischer Sicht stellt die FEM die Spannungs?Dehnungsgleichung in Matrizenform dar.
26.Für was stehen die einzelnen Terme in der Gleichung [K]{u}={F}
Algebraische Grundgleichung [K] * {u} = [F] (K = Steifigkeitsmatrix; u = Verschiebungsfaktor, F = Kraftfaktor)
27.Welche Klassen und Typen von Elementen gibt es?
Elementklassen: Linien, Flächen, Volumen
Elementtypen: Stab, Balken, Scheiben, Platten, Schalen
28.Wieviel Freiheitsgrade haben die verschiedenen Elementtypen?
-Stabelement : 2 Freiheitsgrade
?Balkenelement : 3 Freiheitsgrade
?Scheibenelement : 2 Freiheitsgrade
?Schalenelement : 6 Freiheitsgrade
?Plattenelement : 3 Freiheitsgrade
?Volumenelement : 3 Freiheitsgrade
29.Was sind Freiheitsgrade in einem FE-Modell?
Freiheitsgrade geben die möglichen Verschiebungen eines Knotens an.
30.Was sind Kontinuumselemente?
Kontinuum = Material, Stoff, Volumen
Kontinuumselemente sind Elemente, die nur translatorische Freiheitsgrade besitzten. (Scheibenelement, Stabelement, Volumenelement)
31.Welche Elemente gibt es neben den Kontinuumselementen noch und wodurch unterscheiden sie sich?
Strukturelemente = real constant muss gesetzt werden / Translatorische und rotatorische Freiheitsgrade
(Balken?, Platten? und Schalenelement)
32.Wie ist ein Stab-Element definiert und wie kann es eingesetzt werden?
-2 Freiheitsgrade am Knoten: Verschiebung ux, uy
?Geometrie: 2?Dimensional, geeignet für schlanke, langgestreckte Bauteile
?Mindesteingabe: Elastizitätsmodul, Querschnittsfläche
33.Wie ist ein Balken-Element definiert und wann kann es verwendet werden?
-3 Freiheitsgrade am Knoten: 2 Verschiebungen (ux, uy), 1 Rotation (ROTz)
?Geometrie: 2?Dimensional, geeignet für schlanke, langgestreckte Bauteile
?Beanspruchung: Längs? bzw. Normalspannungen, Schubspannungen, Biegespannung
34.Wie ist ein Platten-Element definiert und wie wird es eingesetzt?
-3 Freiheitsgrade am Knoten. 1 Verschiebungen (uz), 2 Rotationen (ROTx, ROTy)
?Geometrie: 3?Dimensional, geeignet für flächige Bauteile
?Beanspruchung: Biegespannungen im Element (linearer Verlauf zwischen Ober? und Unterseite)
35.Wie ist ein Volumen-Element definiert und wann wird es eingesetzt?
? 3 Freiheitsgrade am Knoten: 3 Verschiebungen (u,v,w)
? Geometrie: 3?Dimensional, geeignet für allgemeine, voluminöse Bauteile
? Beanspruchung: Normal? und Schubspannungen in alle 3 Raumrichtungen, Dehnungen ebenso
36.Wie ist ein Schalen-Element definiert und welche Eigenschaften kann es besitzen?
? 6 Freiheitsgrade am Knoten. 3 Verschiebungen (ux, uy, uz), 3 Rotationen (ROTx, ROTy, ROTz)
? Geometrie: 3?Dimensional, geeignet für flächige Bauteile (Veränderliche Dicke möglich)
? Beanspruchung: Membran?, Biege? und Schubspannung im Element (linearer Verlauf zwischen Ober? und Unterseite)
37.Was sind Randbedingungen und wie werden diese realisiert?
Zu den Randbedingungen zählen Lagerbedingungen und Lasten. Lagerbedingungen werden durch gezieltes Einschränken der Freiheitsgrade realisiert. Die Lasten können als Punkt?, Strecken? oder Flächenlasten aufgebracht werden. (Einleitung durch einen oder mehrere Knoten)
38.Was versteht man unter Starrkörperbewegungen?
Körper, der sich nicht deformiert. (Gebraucht in der Statik beim Berechnen der Kräfte)
39.Was sind Diskontinuitäten und wie entstehen sie?
Eine Diskontinuität ist eine Unstetigkeit in der Geometrie. Oder ein Übergang zwischen zwei Materialien.
40.Was gilt es bei Diskontinuitäten zu beachten?
Bei derartigen Unstetigkeiten sollten sie darauf achten, jede Seite des Steifigkeitssprunges getrennt zu
behandeln. (Kerbe mit Radius versehen)
