Simulationen mit Inventor - FEM und dynamische Simulation. Grundlagen und Beispiele ab Version 2017

von: Günter Scheuermann

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2016

ISBN: 9783446450134

Sprache: Deutsch

368 Seiten, Download: 48778 KB

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Simulationen mit Inventor - FEM und dynamische Simulation. Grundlagen und Beispiele ab Version 2017

	Inhalt	6
	Teil I Digital Prototyping	16
	1 Einführung	18
	1.1 Autodesk Inventor	18
	1.2 Die Grenzen der Simulation	20
	1.3 Was fehlt	20
	1.4 Inventor-Schnittstellen	21
	1.5 Inventor für Schüler und Studenten	22
	1.5.1 Inventor kostenlos?	22
	1.6 Systemvoraussetzungen	22
	1.6.1 Hinweise zur Installation	22
	1.6.2 Hardware	22
	1.6.3 Betriebssysteme	23
	1.6.4 Sonstige Anforderungen	23
	1.7 Voraussetzungen für Anwender	24
	1.8 Übungsdateien und Videos auf DVD	24
	1.9 Resümee	24
	2 Digital Prototyping und Produktdesign	26
	2.1 Virtuelle 3D-Modelle	26
	2.2 Herstellung von Prototypen, Rapid Prototyping	27
	2.3 Produktoptimierung	28
	2.3.1 Flächen- bzw. Formoptimierung	28
	2.3.2 Berechnungen	29
	2.3.3 Dynamische Simulation	29
	Teil II Oberflächenanalysen und Grundlagen	30
	3 Bauteilanalysen	32
	3.1 Zebra-Analyse	34
	3.2 Entwurf, Verjüngungsanalyse	35
	3.3 Fläche, Gauß-Analyse, Gauß’sche Flächenkrümmung	36
	3.4 Schnitt, Querschnittsanalyse	38
	3.5 Krümmungsanalyse, Krümmungskammanalyse	39
	4 Technische Mechanik, Festigkeitslehre und Inventor	42
	4.1 Statik	42
	4.2 Freiheitsgrade	43
	4.3 Freiheitsgrade überprüfen	45
	4.3.1 Anzeige der Freiheitsgrade	45
	4.3.2 Freiheitsgrad-Analyse	46
	4.4 Gelenke	47
	4.4.1 Inventor-Gelenke	48
	4.5 Reibung	49
	4.6 Kinematik	49
	4.7 Dynamik	51
	4.7.1 Schwerkraft, Gravitation	51
	4.7.2 Masse, Gewichtskraft, Trägheitsmomente	52
	4.7.3 Gelenkkräfte und -momente	52
	4.7.4 Simulation	53
	4.7.5 Export nach FEM	54
	4.7.6 Schwingungen, Eigenfrequenz, Resonanz, Modalanalyse	55
	4.8 Festigkeitslehre und FEM-Ergebnisse	56
	4.8.1 Festigkeitshypothesen	57
	4.8.2 Spannungen	58
	4.8.3 Verformungen	59
	4.8.4 Sicherheitsfaktoren, Belastung/Dehnung	59
	4.8.5 Kontaktdruck	60
	4.8.6 Knicken und Beulen	60
	4.9 Grenzen der Inventor-Mechanik	61
	5 Die Materialbibliothek	64
	5.1 Der Materialien-Browser	64
	5.2 Mit Materialien und Darstellungen arbeiten	65
	5.2.1 Übersicht	65
	5.3 Eine eigene Bibliothek mit neuen Materialien erstellen	70
	5.3.1 Eigene Bibliothek und eigene Kategorien erstellen	70
	5.3.2 Ein neues Material definieren	71
	5.4 Problematische Materialien in der FEM	73
	5.4.1 Beispiel: Silentblock	73
	5.4.2 Material ohne Kennwerte	74
	5.5 Nicht in der FE-Analyse verwendbare Werkstoffe	77
	5.5.1 Polymere Werkstoffe	77
	5.5.2 Verbundwerkstoffe	78
	5.6 Bauteile mit großen Verformungen	79
	Teil III Grundlagen und Anwendungsbeispiele der Finiten-Elemente-Methode	82
	6 FEM	84
	6.1 FEM, allgemein	84
	6.2 Konvergenz	85
	6.2.1 Maximale Anzahl der H-Verfeinerungen	86
	6.2.2 Stopp-Bedingung	86
	6.2.3 Schwellenwert für H-Verfeinerungen	86
	6.2.4 Konvergenz-Plots	87
	6.2.5 Beispiel: Konvergenzeinstellungen und Auswirkung	87
	6.3 Das FEM-Netz	90
	6.3.1 Netzeinstellungen	90
	6.3.2 Lokale Netzsteuerung	92
	6.3.3 Allgemeine Richtlinien für die Netzerstellung	93
	6.3.4 Netzgenerierungen und Simulationen mit dünnen Bauteilen	95
	6.4 Abhängigkeiten, Einspannungen	95
	6.5 Lasten und Lastangriffsfälle	96
	6.5.1 Lastarten	96
	6.5.2 Lastangriffsfälle	97
	6.6 Beispiel einer einfachen vollständigen FE-Analyse	104
	6.6.1 Das Bauteil und seine Eigenschaften	105
	6.6.2 Funktion des Bauteils	106
	6.6.3 Die erste Simulation erstellen	107
	6.6.4 Das Bauteil einspannen	107
	6.6.5 Trennen von Bauteilflächen	107
	6.6.6 Das Bauteil belasten	108
	6.6.7 Das Bauteilnetz	109
	6.6.8 Simulation ausführen	110
	6.6.9 Anpassung der Gestalt (Gestaltfestigkeit)	112
	6.6.10 Materialanpassung	113
	6.6.11 Hauptspannungen	115
	6.6.12 Verformung, Verschiebung	116
	6.6.13 Rückstoßkräfte, Lagerkräfte	117
	6.6.14 Ergebnisprotokoll	118
	6.6.15 Bericht	119
	7 Rückstoßkraft und Kraftermittlung über Verformungen	122
	7.1 Beispiel: Rückstoßkraft ermitteln	122
	7.2 Verformungskraft ermitteln	123
	7.3 Fehlerbetrachtung	125
	8 Parametrische FEM-Studien	126
	8.1 Das parametrische Bauteil	126
	8.2 Vorbereitung der parametrischen FE-Analyse	127
	8.2.1 Die parametrische Tabelle	127
	8.3 Die parametrische Simulation	132
	8.4 Parametrische Ergebnisse	133
	8.5 Das Modell anpassen	135
	9 FEM an dünnen Bauteilen	138
	9.1 Beispiel: Blechtraverse	138
	9.2 Simulation als normaler Körper	139
	9.3 Simulation als dünnwandiges Bauteil	140
	10 Modal- oder Eigenfrequenzanalyse	144
	10.1 Eine Modalanalyse durchführen	144
	10.2 Ein zweites Beispiel	147
	11 Stimmgabel 440?Hz entwerfen	150
	11.1 Die Konstruktion	150
	11.2 Die Belastungsanalyse	151
	11.2.1 Netzverfeinerung	152
	11.2.2 Die erste Simulation	152
	11.3 Frequenzermittlung iterativ	153
	11.4 Frequenzermittlung mit parametrischer Tabelle	155
	12 FEM an Schweißbaugruppen	158
	12.1 Erstes Beispiel	158
	12.1.1 Die Baugruppe	158
	12.1.2 Die Schweißverbindung	159
	12.1.3 Die Vorbereitung der Belastungssimulation	160
	12.1.4 Kontakte überprüfen	161
	12.1.5 Die Simulation	163
	12.2 Zweites Beispiel	164
	12.2.1 Die Schweißkonstruktion	164
	12.2.2 Simulation vorbereiten	165
	12.2.3 Kontakte kontrollieren	166
	12.2.4 Die Simulation	167
	12.2.5 Sicherheitsfaktor	168
	12.3 Punktschweißen	169
	12.3.1 Die Punktschweißung im Beispiel	170
	12.3.2 Die Simulation vorbereiten	170
	12.3.3 Kontakte bearbeiten	171
	12.3.4 Die Simulation	171
	Teil IV Einfache Bewegungssimulationen und Baugruppenvereinfachung	174
	13 Einfache Bewegungssimulationen	176
	13.1 Baugruppen von Hand bewegen	176
	13.2 Automatische Bewegung in der Baugruppe	177
	13.3 Bewegung in der Präsentationsumgebung	179
	13.3.1 Eine Präsentation erstellen	180
	13.3.2 Die Präsentationsfunktionen	180
	13.4 Die Präsentationsanimation von Schrauben	184
	13.4.1 Komponentenpositionen	184
	13.5 Bewegung im Inventor Studio	186
	13.5.1 Die Inventor Studio-Arbeitsumgebung	187
	13.6 Beispiel einer Studio-Animation	191
	13.6.1 Vorbereitung der Animation	191
	13.6.2 Abhängigkeit animieren	192
	13.6.3 Die Ablaufsteuerung	193
	13.6.4 Animation aufzeichnen	194
	14 Bauteil- bzw. Baugruppenvereinfachung	196
	14.1 Beispiel: Kurbeltrieb	197
	14.2 Detailgenauigkeit erstellen	197
	14.3 Bauteile mit vereinfachtem Bauteil ersetzen	199
	Teil V Die dynamische Simulation anhand zahlreicher Beispiele	202
	15 Die dynamische Simulationsumgebung	204
	15.1 Die Arbeitsumgebung	204
	15.1.1 Funktionsgruppe Verbindung	205
	15.1.2 Funktionsgruppe Laden	205
	15.1.3 Funktionsgruppe Ergebnisse	206
	15.1.4 Funktionsgruppe Animieren	206
	15.1.5 Funktionsgruppe Verwalten	207
	15.1.6 Funktionsgruppe Belastungsanalyse	208
	15.1.7 Funktionsgruppe Beenden	208
	15.2 Der Objektbrowser in der dynamischen Simulation	208
	15.3 Bewegliche Gruppen einfärben	211
	15.4 Beschreibung der Gelenkarten	212
	15.4.1 Normgelenk	212
	15.4.2 Abhängigkeiten und Gelenke	212
	15.4.3 Vordefinierte Gelenke	214
	15.5 Gelenkeinfügungsarten	216
	15.5.1 Gelenkeinfügung von Hand: die Funktion Gelenk einfügen	216
	15.5.2 Gelenk aus Abhängigkeit erzeugen: die Funktion Abhängigkeiten ableiten	221
	15.5.3 Automatische Gelenkdefinition	222
	15.6 Eigenschaften der Normverbindung bearbeiten	224
	15.6.1 Registerkarte Allgemein	224
	15.6.2 Registerkarte Freiheitsgrad x (R/T)	226
	15.7 Gelenkkräfte, Steifigkeit und Dämpfung	227
	15.7.1 Nichts ist starr – alles ist Gummi!	227
	15.7.2 Steifigkeit und Dämpfung – der Sprungbretteffekt	227
	15.7.3 Inventor ist ein Starrkörpersystem	228
	15.7.4 Inventor ist elastisch?	228
	15.7.5 Steifigkeit	229
	15.7.6 Dämpfung	230
	15.8 Gelenkeigenschaften	230
	15.8.1 Anfangsbedingungen bearbeiten	231
	15.8.2 Gelenkdrehmoment bzw. Gelenkkraft bearbeiten	232
	15.8.3 Festgelegte Bewegung bearbeiten	233
	15.9 Das Eingabediagramm	233
	15.9.1 Die Diagrammfläche	234
	15.9.2 Sektor-Optionen	234
	15.9.3 Start- und Endpunkt	235
	15.9.4 Funktionsdefinitionen speichern und laden	236
	15.9.5 Referenzachsen bestimmen	236
	16 Pendelklappe mit Schwerkraft	238
	16.1 Die Bauteile und die Baugruppe	238
	16.2 Die dynamische Simulation starten	239
	16.3 Schwerkraft definieren	240
	16.4 Die erste Simulation	241
	16.5 Einen 3D-Kontakt einfügen	242
	16.6 Die zweite Simulation	243
	16.7 Ändern der Pufferdämpfung	243
	16.8 Drehgelenkeigenschaften einstellen	244
	17 Das Ausgabediagramm	246
	17.1 Die Oberfläche des Ausgabediagramms	247
	17.2 Diagrammoptionen	247
	17.3 Variable anzeigen	248
	17.4 Eine zweite Variable überlagern	250
	17.5 Nullpunktverschiebung	251
	17.6 Darstellungs- und Wertegenauigkeit	252
	17.7 Diagramm und Werte nach Excel exportieren	253
	18 Fliehkraftregler	254
	18.1 Die Baugruppenabhängigkeiten	255
	18.2 Baugruppe bewegen	257
	18.3 Die dynamische Simulation	258
	18.3.1 Überbestimmungen	258
	18.3.2 Der Objektbrowser	259
	18.4 Der Antrieb	260
	18.4.1 Antriebsmoment	261
	18.4.2 Dämpfung	261
	18.4.3 Reibung	262
	18.5 Die Vertikalbewegung der unteren Gleitbuchse	262
	18.5.1 Die Rotation	263
	18.6 Andere Gelenke mit Reibwerten versehen	264
	18.7 Die Simulation	265
	18.8 Das Ausgabediagramm	266
	18.8.1 Rotationsgeschwindigkeit interpretieren	266
	18.8.2 Schwingungen untersuchen	267
	18.9 Feder einfügen	268
	18.10 Simulation mit eingebauter Feder	272
	18.11 Kurven im Ausgabediagramm bearbeiten	273
	18.12 Export nach FEM und FE-Analyse von Bauteilen	274
	18.12.1 Die Vorbereitung	274
	18.12.2 Zeitschritt auswählen	275
	18.12.3 Bauteile zur FE-Analyse auswählen	275
	18.12.4 Überbestimmte Bauteile heilen	276
	18.12.5 In die Belastungsanalyse wechseln	278
	18.12.6 Die Belastungsanalysen	279
	18.12.7 Fazit	281
	19 Spielerei mit einem Ball	282
	19.1 Die Bauteile und die Konstruktion	282
	19.2 Die Simulationsumgebung	284
	19.2.1 Feder einfügen	284
	19.2.2 Schwerkraft definieren	285
	19.2.3 Der Ball benötigt Gelenke	286
	19.2.4 Der Objektbrowser	288
	19.3 Die Simulation	289
	19.3.1 Starres Abprallen	289
	20 Kurbelschwinge	292
	20.1 Die Funktion	292
	20.2 Die Bauteile	293
	20.3 Die Abhängigkeiten	294
	20.4 Nach Abhängigkeit bewegen	295
	20.5 Vorbereitung der Simulation	296
	20.5.1 Nichts geht mehr	296
	20.5.2 Geht doch!	297
	20.5.3 Der Antrieb	297
	20.6 Die erste Simulation	298
	20.7 Schiebegelenk einfügen	299
	20.8 Die zweite Simulation	301
	20.9 Schwerkraft und Reibung	301
	20.9.1 Schwerkraft	301
	20.9.2 Reibungswerte und Kraftübertragung	302
	20.9.3 Beidseitige Kraftübertragung an der Schwinge	302
	20.9.4 Gelenkreibungen der Drehgelenke	303
	20.9.5 Startposition	303
	20.10 Die dritte Simulation und das Ausgabediagramm	304
	20.10.1 Das Ausgabediagramm	305
	20.11 Externe Kraft einfügen	307
	20.12 Die vierte Simulation und das Ausgabediagramm	308
	20.13 Spur aufzeichnen	310
	21 Schiebevorrichtung	314
	21.1 Die Bauteile	314
	21.2 Die Funktion	315
	21.3 Gelenke einfügen	316
	21.3.1 Zylindrisches Schiebegelenk	316
	21.3.2 Punkt-Ebene-Gelenk	317
	21.3.3 Druckfeder	318
	21.4 Die erste Simulation	320
	21.5 Status des Mechanismus	321
	21.6 Redundante Abhängigkeiten	323
	21.6.1 Redundanz hinzufügen	323
	21.6.2 Redundanz untersuchen	324
	21.7 Gelenkdrehmoment aktivieren	325
	21.8 Die zweite Simulation	326
	21.9 Externe Belastung	328
	21.9.1 Externe Kraft definieren	328
	21.9.2 Antriebsmoment anpassen	329
	21.9.3 Die dritte Simulation	329
	21.9.4 Das Ausgabediagramm	330
	21.10 Export nach FEM	331
	21.11 Die FE-Analyse der Schwinge	331
	22 Kurbelschwinge, die Dritte	334
	22.1 Die Bauteile	334
	22.2 Die Baugruppe	335
	22.3 Die Simulationsumgebung	335
	22.4 Gelenke einfügen	336
	22.4.1 Räumliches Gelenk	336
	22.4.2 3D-Kontakte	337
	22.5 Reibung definieren	338
	22.6 Die Simulation	339
	23 Hubkolben-Triebwerk	340
	23.1 Die Baugruppe	340
	23.2 Die Simulationsumgebung	341
	23.3 Untersuchung der Redundanz	342
	23.3.1 Status des Mechanismus	342
	23.3.2 Schwerkraft definieren	343
	23.3.3 Gelenke überprüfen und bearbeiten	344
	23.4 Die erste Simulation	347
	23.5 Zweites Beispiel: Antrieb durch den Kolben	348
	23.5.1 Externe Kraft wirken lassen	349
	23.5.2 Externe Kraft definieren	349
	23.5.3 Kraft im Eingabediagramm definieren	350
	23.6 Die zweite Simulation	351
	23.6.1 Das Ausgabediagramm	352
	23.7 Beispiel: Verbrennungsmotor	353
	23.7.1 Lastmoment hinzufügen	353
	23.7.2 Zyklischen Antrieb hinzufügen	353
	23.7.3 Die Simulation	356
	23.8 Variante mit Feder	357
	23.8.1 Festgelegte Bewegung aktivieren	357
	23.8.2 Feder einfügen	357
	23.8.3 Die Simulation	358
	23.8.4 Das Ausgabediagramm	359
	23.9 Export nach FEM	360
	23.9.1 Die FE-Analyse der Kurbelwelle	360
	23.9.2 Die FE-Analyse des Kolbens	362
	Stichwortverzeichnis	364

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von: Günter Scheuermann

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