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| 2010-02-MUC |
Die Technische Mechanik ist eine wichtige Grundlage für den Konstrukteur, weil sie Werkzeuge für die Berechnung des Verhaltens von Bauteilen bereit stellt. Sie haben in Ihrer Vorbildung schon vieles gelernt: zum Beispiel können Sie mit der Gleichgewichtsbedingung die äußeren Kräfte an statisch bestimmt gelagerten Körpern bestimmen oder die Durchbiegung und die maximalen Spannungen in einer Welle.
Diese Werkzeuge können als Modelle verstanden werden: Ein eingeschränkter Bereich der Wirklichkeit wird mit einer mathematischen Formel beschrieben. Mit der Finite Elemente Methode (FEM) besteht die Möglichkeit, numerische Modelle aufzubauen. Damit kann das Verhalten von Bauteilen oder Baugruppen viel umfassender vorausgesagt werden als mit den Modellen der klassischen Technischen Mechanik. Grundsätzlich ist es möglich, alle denkbaren Verhaltensweisen zu modellieren, der Aufwand und die Komplexität können aber beträchtlich sein. Jedoch bereits mit der linearen, statischen FE-Simulation tut sich eine "ganze Welt" von neuen Möglichkeiten auf. Das ist natürlich schön und hilfreich, es stellt an die Anwender aber auch neue Herausforderungen: Wegen der fast unbegrenzten Möglichkeiten muss sorgfältig bestimmt werden, wie umfassend das Modell sein muss; "so gut wie nötig" ist das Ziel. Das ist das Thema von diesem Lehrangebot: Sie sollen lernen ein reales Problem so zu vereinfachen (idealisieren), dass effizient ein Modell aufgebaut werden kann, welches den ganzen Problembereich abbildet. In diesem Kurs werden die allgemeinen Seiten der Idealisierung angesprochen.
Entwicklungszeiten müssen verkürzt werden - die Qualität künftiger Produkte darf aber nicht darunter leiden. Diesem Zwiespalt kann mit FEM-Berechnungen begegnet werden. Ihr Hauptvorteil: Mehr Flexibilität, weniger Versuchsreihen mit Prototypen. Eingebettet in eine moderne CAD-Infrastruktur können sie Entwicklungsprozesse signifikant und ohne Qualitätsverluste beschleunigen.
Die Durchführung von FEM-Berechnungen ist heute nicht mehr ausschließlich dem Spezialisten vorbehalten. Mit ANSYS DesignSpace wurde ein Programm entwickelt, das speziell auf Anwender zugeschnitten ist, deren Fokus klar auf der CAD-Konstruktion liegt:
- Die Handhabung ist intuitiv und logisch aufgebaut,
- die Anbindung an das CAD-System über Schnittstellen ist nahtlos,
- die Ergebnisse sind nachvollziehbar und dank der bewährten ANSYS-Technologie verlässlich.
Der vorliegende Kurs führt Sie in die komfortable Benutzeroberfläche ANSYS Workbench ein, die gemeinsam von DesignSpace und anderen ANSYS Produkten genutzt wird.
Viele Ingenieuraufgaben bauen auf der Lösung von Differentialgleichungen auf, die das Verhalten realer Strukturen mathematisch beschreiben. Analytische Lösungen sind leider nur für einfache Standardfälle gegeben. Für die vielfältigen und meist komplexen Aufgaben der Praxis kommen nur numerische Näherungsverfahren in Betracht. Sie gehen von einer genäherten Lösungsfunktion aus, die aus einem Satz von frei gewählten Ansatzfunktionen multipliziert mit unbekannten Parametern zusammengesetzt ist.
Anstelle des Differentialgleichungssystems wird ein algebraisches Gleichungssystem für die eingeführten unbekannten Parameter gelöst. Die Güte der Näherungslösung hängt von den gewählten Ansatzfunktionen und der Anzahl der unbekannten Parameter ab. Das Verfahren, das sich in den letzten Jahren durchgesetzt hat ist die Finite-Element-Methode. Die FEM unterscheidet sich von anderen numerischen Verfahren nur dadurch, dass die Ansatzfunktionen gebietsweise (elementweise) gewählt werden und die freien Parameter physikalisch deutbare Größen an den Verbindungsstellen (Knoten) der Bereiche (Elemente) sind, zum Beispiel Verschiebungen oder Temperaturen.
FEM hat sich über die Jahre als rechnerisches Verfahren fest etabliert, weil es auf Computer zugeschnitten ist und mit diesen die Lösungsmöglichkeiten gewachsen sind - man kann heute ein Gleichungssystem mit einer Million Unbekannten auf einer gängigen Workstation in einer halben Stunde lösen.
Die Gesellschaft erwartet Produkte, die jederzeit zuverlässig funktionieren; unzuverlässige Produkte ziehen kostspielige Rückrufaktionen, Garantieleistungen und Prozesse nach sich, und können das Image der Firma nachhaltig ruinieren. Berechnungsingenieure tragen somit eine große Verantwortung, besonders weil im Rahmen immer kürzerer Entwicklungszyklen die Versuchsphase in vielen Unternehmen gestrafft wird, und sich die Hersteller immer mehr auf die Aussagekraft der FE-Analyse verlassen.
In der Fallstudie erweitern Sie Ihr Wissen in der Lösung eines konkreten „Falls“ und lernen, dieses Wissen kohärent und abgestimmt auf reale Problemlösungen im Berufsfeld anzuwenden.
