Finite-Elemente-Methoden mit CATIA V5 / SIMULIA - Berechnung von Bauteilen und Baugruppen in der Konstruktion

1 Einleitung (S. 1-3)
Ziel dieses Buches ist es, allen Konstrukteuren, die mit CATIA V5 arbeiten, die Berechnungsmöglichkeiten von Bauteilen und Baugruppen mit dem FEM-Modul vorzustellen. Es ist für den Konstrukteur von entscheidender Bedeutung, in der Konstruktionsphase eine Vordimensionierung der Bauteile vorzunehmen, um ein den Anforderungen gerecht werdendes und kostenoptimiertes Produkt zu entwickeln. Eine detaillierte Strukturanalyse, die oft erst von speziellen Abteilungen in einem Unternehmen im Anschluss an die Konstruktion durchgeführt wird, erfordert sehr viel Zeit und bringt etliche Schnittstellenprobleme mit sich.

Es empfiehlt sich daher, bereits in der Konstruktionsphase eine FEM-Analyse durchzuführen. Dazu ist ein einfach zu handhabendes Programm erforderlich, das nach Möglichkeit die gleiche Datenbasis wie die Konstruktion verwendet. Das CAX-System CATIA V5 bietet ein solches Analysemodul. Es können damit einfache FEM-Berechnungen bis hin zu einer detaillierten Strukturanalyse durchgeführt werden. Der große Vorteil besteht in der einfach zu handhabenden intuitiven Benutzeroberfläche und im gänzlichen Wegfall der Schnittstellenproblematik. Die FEM-Berechnungen werden mit den Daten der Konstruktion durchgeführt, Verbesserungen können sofort einfließen und unterschiedliche Varianten auf einfache Weise verglichen werden.

Mit dem Release 19 wurde nunmehr auch die einzige vorhandene Lücke, nämlich nichtlineare Simulationen nicht durchführen zu können, geschlossen. Es ist nunmehr möglich, alle Arten von geometrischen Nichtlinearitäten als auch von nichtlinearem Materialverhalten bis hin zu hyperelastischen Materialien wie Gummi in die Simulation mit einzubeziehen. Möglich wurde dies durch die Integration von Abaqus in die CATIA-Umgebung.

1.1 Arbeitsumgebungen
In CATIA V5 gibt es mehrere Arbeitsumgebungen im Bereich der FEM-Analyse. Diese sind:

- Die GPS-Arbeitsumgebung (Generative Part Structural Analysis)

- Die GAS-Arbeitsumgebung (Generative Assembly Structural Analysis)

Diese beiden Arbeitsumgebungen haben eine gemeinsame Oberfläche, und die verfügbaren Funktionalitäten hängen von der jeweils vorhandenen Lizenz ab. Beide gehören zum Bereich der Analyse und Simulation.

Die weiteren Arbeitsumgebungen im FEM-Bereich sind:

- Die Arbeitsumgebung „Advanced Meshing Tools“

- Die Arbeitsumgebung „Fluent for CATIA“

- Die Arbeitsumgebung „ANL Abaqus Nichtlinear“

- Die Arbeitsumgebung „ATH Abaqus Thermisch“

Die Arbeitsumgebung „Advanced Meshing Tools“ bietet die Möglichkeit, ein FEMNetz selbst zu generieren. Dazu stehen alle gängigen finiten Elemente zur Verfügung. Die Arbeitsumgebungen Fluent for CATIA, ANL und ATH sind Produkte der Simulationssoftware Simulia und direkt in die CAD-Umgebung eingebettet.

In diesem Buch wird detailliert auf die einzelnen Arbeitsumgebungen eingegangen, und die angebotenen Funktionen werden beschrieben.

1.2 Aufbau des Buches
Das Buch beginnt mit einer kurzen Erläuterung der theoretischen FEMBerechnungsgrundlagen. Danach wird der Aufbau der GPS-Oberfläche erklärt. Im Anschluss daran werden die notwendigen Arbeitsschritte bei der Durchführung einer FEM-Analyse beschrieben. Diese beginnen mit der Materialdefinition und gehen über die Definition der Randbedingungen sowie der Lasteinleitung bis zur Berechnung und Auswertung der Ergebnisse. Es erfolgt auch eine genaue Beschreibung der verfügbaren finiten Elemente.

Anhand von Übungsbeispielen werden die FEM-Berechnungen sowie die möglichen Analyseprozesse erklärt.

Dann wird auf die Berechnungsmöglichkeiten mit Simulia eingegangen. Auch zu dieser Thematik der nichtlinearen Simulationen gibt es eine Reihe von konkreten Anwendungsbeispielen.

Weiter wird auf die Berechnung von Baugruppen eingegangen. Es werden die Möglichkeiten zur Definition der mechanischen Bauteilverbindungen beschrieben. Abschließend werden komplexere Übungsbeispiele zu dieser Thematik behandelt.