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Die Wirtschaftlichkeit der FEM resultiert aus dem Zusammenwirken von CAD- und FE- Software (CAE- Konzept)

Bild 1: Praktischer Ablauf

Zu Beginn einer FEM- Aufgabe steht das CAD- Modell.

Bild 2: Praktischer Ablauf

Für die FE–Berechnung benötigt man jedoch nur das Wesentliche des Bauteilmodells (da die Berechnung sehr rechnerintensiv ist). Diverse Details, welche für die jeweilige Aufgabenbearbeitung nicht benötigt werden, sollten entfernt bzw. ausgeblendet werden (z.B. Ein- und Anbauteile).

Weiterhin ist zu prüfen, ob an der Bauteilgeometrie Vereinfachungen vorgenommen werden können. (Meistens durch Ausnutzung von Symmetrien)

Bild 3: Praktischer Ablauf

Liegen alle nötigen Informationen aus dem CAD-Modell vor (reine Geometrie), und ist die grundlegende Vorbereitung abgeschlossen, kann die Übergabe dieser Information in ein FE-System erfolgen.

Üblicherweise muss dabei ein Schnittstellenprotokoll als IGES-, ACIS- oder STEP-File erzeugt werden, welches dann verlustfrei importiert werden kann.

Moderne Systeme realisieren aber auch Direktkopplungen.

Bild 4: Praktischer Ablauf

Im FE- System muss das Modell nun weiter aufbereitet werden. Hierbei wird es zunächst in Makros zerlegt, aus denen dann das Netz erstellt wird.

Bild 5: Praktischer Ablauf

Die Definition der Elementtypen hängt mit diesem Vorgang unmittelbar zusammen, da sie Bestandteile des Eingabeprotokolls sind.

Weiterhin müssen die Werkstoffkennwerte (z.B. E-Modul, Querkontraktion usw.) des Bauteils in dieses Protokoll eingegeben werden.

Bild 6: Volumenelemente
Bild 7: Werkstoffkennwerte

Nachdem alle Angaben zu Geometrie, Materialeigenschaften und Vernetzung vollständig vorliegen, sollen die mechanischen Randbedingungen angegeben werden. Die Eingabe der einwirkenden Kräfte, Momente, der Einspannungen sowie der sonstigen Randbedingungen definiert den konkreten Belastungsfall des Bauteils. Damit ist das Eingabeprotokoll vollständig.

 

Bild 8: Praktischer Ablauf
Bild 9: Praktischer Ablauf
Bild 10: Praktischer Ablauf

Ist das Eingabeprotokoll vollständig, sind alle Informationen zur FE–Berechnung vorhanden.

Das Programm legt nun die Steifigkeit der Bauteilstruktur fest und integriert Kräfte und Randbedingungen. Danach kann das entsprechende Gleichungssystem nach den Verschiebungen aufgelöst werden.

Aus den errechneten Verschiebungen können dann die Dehnungen, Spannungen sowie die Reaktionskräfte ermittelt werden.

 

Bild 11: Verschiebung

Die Auswertung und Visualisierung der Ergebnisse finden sich im Postprozess wieder. In der Regel kann man sich hier die verformte Struktur aufzeigen lassen. Weiterhin werden Dehnungen oder Spannungen als Farbfüllbilder (gemäß Skala) dargestellt.

Bild 12: Spannungen

Für bessere Anschaulichkeit können die Ergebnisse in Form von Animationen dargestellt werden

Animation: Preßform



Animation: Verbindung



Animation: Zahnräder



Animation: Brücke

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