Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - CAD-Belastungsanalyse Postprocessing

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Postprocessing

Insbesondere im Postprocessing wird deutlich, dass die Möglichkeiten der Ergebnis-Darstellung in einem CAD-System im Vergleich zu einem FEM-System eingeschränkt sind:

• Zumindest bis zur Version Autodesk Inventor 2013 wird die Ergebnis-Darstellung nur auf Oberflächen sichtbarer Bauteile generiert.
• Mit einer Schnittdarstellung kann man zumindest den Blick auf verdeckte Oberflächen ermöglichen (im Beispiel auf die Mantelfäche der Bohrung).
• Zur Erzeugung einer Schnittansicht muss man die Belastungsanalyse beenden. Innerhalb der Baugruppenansicht kann man unter MFL > Ansicht eine geeignete Schnittansicht erzeugen.
• Im Beispiel bietet sich ein Halbschnitt entlang der XZ-Ebene des Ursprungskoordinatensystems an:
  
• Achtung: Die Definition der Schnittdarstellung muss man unbedingt mit Kontextmenü > OK abschließen:
  Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - belastungsanalyse auswahl schnittebene ok.gif
• Nach Rückkehr in die Umgebung der Belastungsanalyse besteht jedoch leider keine Möglichkeit, auf diesen Schnitten die Farbverläufe zu erzeugen:

• Einen Blick ins Innere einer Baugruppe gelingt nur durch Ausschalten der Sichtbarkeit von Bauteilen, wie das im obigen Bild für die Stahlscheiben erfolgte.
• Da die extremen Belastungen häufig an äußeren und damit sichtbaren Konturen eines Bauteils auftreten, kann man mit diesen Einschränkungen leben.

Symmetrieschnitt durch Baugruppe

Im Rahmen dieses FEM-Tutorials werden wir einen "wirklichen" Schnitt durch unsere Baugruppe durchführen, um die Ergebnisse besser mit denen aus der FEMAP-Simulation vergleichbar zu machen. Dafür beenden wir vorläufig die Belastungsanalyse. Die erforderlichen Konstruktionsschritte für das definierte Entfernen einer Baugruppenhälfte werden dem CAD-Einsteiger ausführlich erläutert:

• Aktivieren der MFL-Modell-Registerkarte zum Modellieren des "Schnittwerkzeugs".
• Kontextmenü Neue Skizze auf Deckfläche der oberen Stahlscheibe:
  Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Belastungsanalyse - symmetrie skizze.gif
• Geometrie projizieren - Ursprung-Koordinatensystem X-Achse und Y-Achse:
  Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Belastungsanalyse - geomtrie projizieren xy-achsen.gif
• Geometrie projizieren - äußere Kreiskante der Stahlscheibe
• Rechteck (zwei Punkte) als Schnittprofil:
  • Fangen einer Ecke am Schnittpunkt zwischen projizierten Linien von X-Achse und Kreis:
    Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Belastungsanalyse - rechteck erster punkt.gif
  • Diagonale Ecke möglichst unsymmetrisch in Bezug auf Stahlscheibe setzen, um die Symmetrie danach durch zusätzliche Abhängigkeiten zu definieren.
  • Abhängigkeit Koinzident zwischen Mittelpunkt von Rechteckseite und Y-Achse:
    Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Belastungsanalyse - rechteck mittig zu y.gif
  • Abhängigkeit Koinzident zwischen Mittelpunkt der Rechteckseite und Kreislinie:
    

Damit ist das rechteckige Schnittprofil unabhängig vom Pufferdurchmesser immer hinreichend groß:

• Wir beenden die Skizze.
• Mittels Extrusion (Differenz) des Rechteck-Profils können wir nun eine Hälfte der Baugruppe entfernen:
  

Nach Wechsel in die Belastungsanalyse müssen wir die Simulation entsprechend der Symmetrieeigenschaften umkonfigurieren:

• Die Kraft der Streckenlast darf nur noch 50 N betragen.
• Die (automatischen) Kontakte muss man aktualisieren.
• Für die Schnittflächen muss zusätzlich mittels festgelegter Abhängigkeit die Bewegung in Y-Richtung verhindert werden:
  
• Mit dem reduzierten Netz gelingen unter Beachtung der Symmetriebedingungen nun vergleichbare Darstellungen, wie im FEMAP-Postprocessing:
  
• Die Rückstoßkräfte in den Abhängigkeiten als Auflagereaktion auf die Belastung enthalten nun auch die inneren Kräfte in der Schnittebene. Wir betrachten zuerst die festgelegte Abhängigkeit am unteren Lochrand:
  Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Belastungsanalyse - rueckstoszkraft auflager.gif
• In Z-Richtung wirkt die Gegenkraft zur Streckenlast auf dem oberen Lochrand.
• In Y-Richtung wirkt eine wesentlich höhere Kraft, welche im Modell die Bewegung der Schnittpunkte am Lochrand in Y-Richtung verhindert (Schnittkraft).
• Die Wirkung dieser Schnittkraft wird noch deutlicher bei der festgelegten Abhängigkeit entlang der Schnittebene:
  Datei:Software FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Belastungsanalyse - rueckstoszkraft symmetrieschnitt.gif
• Die berechnete Kraftsumme ist in Y-Richtung erforderlich, um eine Bewegung der in der Schnittebene befindlichen Netzknoten in Y-Richtung zu verhindern.
• Die geringen Kräfte in X- und Z-Richtung resultieren aus den Scherspannungen entlang der Materialgrenzen.

Frage 1 (Streckenlast)

1. Wie groß ist der Maximalwert der Mises-Spannung im Gummimaterial. Der Wert aus der 2D-Axialsymmetrischen FEMAP-Simulation (mit Mittenknoten) ist zu vergleichen mit dem Wert aus der CAD-Belastungsanalyse. Unterschiede sind zu diskutieren.
2. Wie stark wird der Gummipuffer zusammengedrückt (in Z-Richtung). Auch hier sind die Ergebnisse beider Simulationen zu vergleichen.

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