Ein guter Handwerker haut die Nägel nicht mit der Kombizange in die Wand.  Eines der wichtigsten Fähigkeiten bei (eigentlich: vor) der Benutzung von Software ist es, zur jeweiligen Fragestellung die richtige Software auswählen zu können.  Dazu aber braucht es auch etwas Erfahrung.  Auf der einen Seite muss man wissen, was es für Werkzeuge gibt und wie sie funktionieren, auf der anderen Seite muss man in der Lage sein, die Aufgabenstellungen zu erkennen, zu unterscheiden und einzuteilen.  Dann erst kann man die passenden Werkzeuge zur Aufgabe auswählen.

Download:

• Einteilungsmatrix:  Tabelle-SiSo.pdf

Themen:

• Organisatorisches
• Auffrischung Techn. Mech.: Statik u. Elastostatik
• Einführung in Ansys Workbench
• Balkenbiegung, Spannungs- und Dehnungsanalysen
• Beispiel: Kragbalken

Software:

• Ansys Workbench mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Einführung:

• Wiederholung zur Elastostatik: PDF-Folien-P01

Aufgaben:

• Aufgabe 01:  Einführung in Ansys-Workbench: Kragbalken

Ergebnisse:

• siehe Bild

Themen:

• Verifikation: Plausibilitätsprüfung & Konvergenzanalysen
• Validierung: Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentellen Ergebnissen
• Anisotrope Werkstoffgesetze

Software:

• Ansys Workbench mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Einführung:

• Einführung FEM:  PDF-Folien-P02
• Werkstoffgesetze, Werkstoffsymmetrien, Anisotropie: PDF-Folien-P03
• Erklärung Verifikation & Validierung:  PDF-Verifikation&Validierung

Aufgaben:

• Aufgabe 02: Verifikation & Validierung

Ergebnisse:

• Konvergenzanalyse, Elementeigenschaften, Validierungsergebnisse

Themen:

• Anisotrope Werkstoffe:  Beispiel Holz

Software:

• Ansys Workbench 15.0 (oder besser) mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Einführung

• siehe P 04

Aufgaben:

• Aufgabe: Anisotropie

Ergebnisse:

• Ergebnis-Folien:  Anisotropie.pdf

Thema:

• Nichtlineare Materialmodelle: Plastizität, Kaltumformung ("Work hardening")
• Einführung in Abaqus CAE

Software:

• Abaqus CAE 6.12

Downloads:

• Einführung: Bilinear Isotropic Hardening und Abaqus
• Aufgabe 06:  Plastizität
• Ergebnisse: s. Bild

Thema:

• Geometrische Nichtlinearität durch große Verschiebungen und/oder Drehungen)

Software:

• Ansys Workbench mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Aufgabe:

• Aufgabe:  BalkenbiegNL-Aufg.pdf

Ergebnisse:

• Ergebnis-Folie:  BalkenbiegNL-Erg.png

Thema:

• Kopplung von stationären elektrischen und thermischen Feldern
• Im Feld:  Joulesche Erwärmung und Wärmeleitung
• An Feldrändern:  Wärmetransport durch Konvektion und Wärmestrahlung

Software:

• Ansys WB mit den Modulen: DesignModeler, Thermal-Electric

Downloads/Links

• Aufgabe 13:  "Thorsten und der glühende Schraubenschlüssel"

Thema:

• Strukturdynamik:  Modalanalyse = Eigenschwingungsanalyse
• Beispiel:  Eigenschwingungen einer Gong-Klangplatte

Software:

• Ansys Workbench mit den Modulen: DesignModeler, Modal

Aufgaben:

• Aufgabe 07: Modalanalyse einer Klangplatte
• Experimentelle Daten:
  Lange Platte: 2,5 mm x 25 mm x 142 mm, Löcher D = 7 mm, Abstand 78 mm, Masse 67 g, ca. 640 Hz.
  Kurze Platte: 2,5 mm x 25 mm x 127 mm, Löcher D = 7 mm, Abstand 70 mm, Masse 60 g, ca. 800 Hz.
  Beide Platten sind mit je zwei Gummistiften, die locker in den symmetrisch angeordenten Löchern stecken, gelagert (vgl. Bild).

Thema:

• Lösen von Anfangswertproblemen durch numerische Integration
• Mehrkörpersimulation (MKS) = Bewegung von Systemen starrer Körper

Software:

• evtl. Matlab/Simulink
• MSC.ADAMS (Windows)

Aufgaben:

• Aufgabe 11:  Einführung in ADAMS, Beispiel "Pendel"
• Aufgabe 12:  Freie Modellierung eines Garagentors

Themen:

• Transiente dynamische Analysen
• Implizite vs. explizite Lösungsverfahren

Software:

• ANSYS Transient Structural (Mechanical-APDL-Solver)
• ANSYS Explicit Dynamics (Autodyn-Solver)

Einführung:

• Transiente Dynamik: Implizite vs. explizite Zeitintegration

Aufgaben:

• Aufgabe 08: Transienter elastischer Stoß,  (Scan)

Ergebnisse:

• Video: 2D-Modell, implizit
• Video: 2D-Modell, explizit
• Video: 3D-Modell, implizit
• Video: 3D-Modell, explizit

In einer iterativen Schleife können FE-Analysen so ausgeführt werden, dass ein Umbau des zu optimierenden Objektes in Abhängigkeit des lokalen Beanspruchungszustands (Beanspruchung = Spannung und/oder Dehnung) des Systems automatisch vorgenommen wird.  Z.B. kann man den E-Modul jedes einzelnen FEs erhöhen, wenn die Beanspruchung besonders hoch ist und entsprechend vermindern, wenn an einer bestimmten Stelle kein oder kaum Material notwendig ist.  So wurden die im Beispiel (Bild) die Ecken des Designraums oben links und rechts mit einem sehr geringen E-Modul (blau) erzeugt.  Der Torbogen dagegen, der stark mit Zugspannungen beansprucht wird, hat ein hohes E-Modul bekommen (rot). Solche Algorithmen werden oft der Natur nachempfunden (vgl. Bionik, Knochenumbau = Remodeling oder Baumwachstum)

Algorithmen, die nach diesem Muster arbeiten, sind in der Lage innerhalb eines Designraums eine "optimale" Struktur zu finden, bei der das Bauteil mit relativ wenig Materialeinsatz eine relativ große Steifigkeit und/oder Festigkeit besitzt.  Auf diese Weise kann der Ingenieur neue organisch aussehende Leichtbau-Strukturen erzeugen und ggf. unter Verwendung moderner "additiver Fertigungsverfahren" (3D-Druck) herstellen.

Beispiel für ein Ansys-APDL-Script zur Gestaltoptimierung einer Lochplatte:

• Remodeling-Template.inp

Siehe auch Gestaltoptimierungsaufgabe zur UZWR-Vorlesung "MSM/Downloads zu den Übungen")

Thema:

• Erhaltungssätze (Navier-Stokes)
• Finite-Volumen-Löser
• Simulation stationärer Strömungen
• Wahl von Randbedingungen
• Laminare Strömung in sich verjüngendem Rohr
• Turbulente Strömung in Rohr mit Drossel (Engstelle)
• Stationäre Lsg. mit Turbulenzmodell vs. Transiente Lösung

Software:

• Ansys Workbench mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical, CFX

Einführung:

• Script: Grundlagen CFD und FVM
• Folien CFD

Aufgaben:

• Aufgabe 14:  Rohrstroemung.pdf

Ergebnisse

• Folien: RohrstroemungErg.pdf
• Video: TransTurbulLsg.YouTube

Thema:

• Strömung gekoppelt mit Wärmetransport
• Wärmetransport durch Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung
• Strömung angetrieben durch Freie Konvektion (Auftrieb = Buoyancy)

Software:

• Ansys Workbench 15.0 mit den Modulen: Design Modeler, CFX

Aufgaben:

• Aufgabe 15:  Beheiztes Zimmer

Thema:

• Elektromagnetismus, statische Magnetfelder
• Elektrodynamische Materialeigenschaften
• Verwendung von COMSOL Multiphysics
• Anwendungen: Helmholtzspule, Tokamak-Spulen, Doppelspalt

Software:

• COMSOL Multiphysics, Magnetic-Fields-Interface (Windows)

Downloads/Links

• Aufgabe 16: Magnetostatics
• Vorlage Tokamak: Geometrie