Selbststudium
Aus ESOCAETWIKIPLUS
Hier sind zahlreiche Möglichkeiten aufgelistet, um im Selbststudium die Welt der Simulation zu erobern.
Innerhalb dieses CADFEM-wiki finden Sie eine Anzahl von Themen, die mit Seiten-Folgen erläutert sind. Jedes Thema können Sie in wenigen Minuten oder auch in einigen Stunden durchlesen und kennenlernen. Das Tempo bestimmen Sie! Durch die Links im Text können Sie immer dann, wenn eine Hintergrund-Info gewünscht ist, Ihr Grundlagenwissen ergänzen.
Zusätzlich zu diesem CADFEM-wiki gibt es noch den CADFEM YouTube Kanal. Die 30 deutschsprachigen Tutorials zu verschiedenen Anwendungen des Simulationsprogramms ANSYS® und weitere Videos im CADFEM YouTube Kanal kommen gut an bei CAE-Anwendern und Interessierten. Mittlerweile verzeichnet das Angebot fast 120.000 Aufrufe.
Themenbereiche
- Selbststudium für den Themenbereich Medical
- Selbststudium für den Themenbereich Maschinenbau
- Selbststudium für den Themenbereich Bauwesen
eLearning
6 Seiten, 30..60 min
Was ist die Finite-Elemente-Methode? Für einen mechanischen Biegebalken wird die Differentialgleichung aufgestellt.
Die Lösung wird
- theoretisch als geschlossene Lösung,
- mit einem numerischen Ansatz und
- mit der Finite-Elemente-Methode skizziert.
Im Vergleich erkennen Sie die wesentlichen Prinzipien und Vorteile der FEM. Diese Seiten geben Ihnen einen ersten Eindruck des Prinzips der FEM.
17 Seiten, 2..5 h
Möchten Sie mehr im Detail nachvollziehen, was bei der Lösung einer Simulation mit der FEM abläuft? Hier wird eine FEM-Anwendung mit Zahlen im Detail verfolgt.
Dazu wird ein Bauteil der Strukturmechanik zugrundegelegt wie es rechts in der Skizze dargestellt ist.
Eine Beschreibung dieses Beispiels finden Sie hier (Abschnitt A).
Für dieses Beispiel wird zunächst eine analytische (theoretische) Lösung erstellt (Abschnitt B).
Dann wird die Finite-Elemente-Methode angewendet (Abschnitt C), wobei alle Arbeitsschritte
im Detail mit Zahlenwerten verfolgt werden. Im Vergleich mit der analytischen Lösung werden die Möglichkeiten und Grenzen der FEM
erkennbar.
8 Seiten, 30..60 min
Für das vorher untersuchte einfache Beispiel werden hier Varianten dargestellt.
Dabei wird die Anzahl der Elemente und die Aufteilung des Bauteils geändert und anstelle von 2 Elementen
4 Elemente und 8 Elemente mit gleicher und unterschiedlicher Länge verwendet werden.
Auch Varianten mit 2 Elementen, 4 Elementen und 8 Elementen mit quadratischem Ansatz werden gezeigt.
Der Vergleich der Zahlenwerte zeigt den Aufwand, aber auch den Nutzen der
Varianten in Hinsicht auf die Genauigkeit der Ergebnisse.
9 Seiten, 60..90 min
Hier wird vorgestellt, wie eine FEM-Simulation der Zuglasche im Alltag abläuft. Eine Variante simuliert mit so wenig Vereinfachungen und Vernachlässigungen wie möglich, also so dicht an der Realität wie möglich. Kann man diese Ergebnisse direkt mit einem Experiment vergleichen? Kann man sie technisch bewerten? Wie sieht der Bezug zu dem Beispiel mit 2 Elementen (Abschnitt C) aus?
3 Seiten, 30..45 min
Für das einfache Beispiel der Mechanik mit 2 Elementen wird hier dargestellt, wie die Lösung bei einer vorgegebenen nichtlinearen Spannungs-Dehnungs-Funktion abläuft. Wenn ein solches nichtlineares Stoffgesetz vorliegt, wird eine Folge von Gleichgewichtsiterationen ausgeführt. Es wird dargestellt, wie bei diesem Beispiel diese Iterationen bis zur Konvergenz ablaufen. Der Bezug zu Anwendungen des technischen Alltags wird aufgezeigt.
7 Seiten, 15..30 min
Aus der Theorie (siehe auch das vorher genannte einfache Beispiel) und dem Alltag der Anwendung der Finite-Elemente-Methode lassen sich die hier
dargestellten Schlussfolgerungen ziehen. Mit diesen „statements" werden die wesentlichen Eigenschaften der FEM zusammengestellt.
Sie sind im technischen Alltag überwiegend zutreffend und können meistens zur Planung einer Berechnung verwendet werden. Mit einigen Bemerkungen wird aber hier
auch schon auf Einschränkungen hingewiesen.
xx Seiten, xx..xx min
In Vorbereitung!!
...
17 Seiten, 2..3 Stunden
Hier wird eine FEM-Anwendung mit Zahlen im Detail verfolgt.
Für ein Bauteil mit einer Temperaturverteilung wird zunächst eine analytische Lösung erstellt.
Dann wird die Finite-Elemente-Methode angewendet, wobei alle Arbeitsschritte der Idealisierung,
der Diskretisierung, der Lösung, der Auswertung und der Bewertung im Detail mit Zahlenwerten
verfolgt wird. Dieses Beispiel ist eng an das entsprechende Beispiel der Strukturmechanik angelehnt.
10 Seiten, 30..60 min
Für das FEM-Modell eines Mauerwerks-Bogens sind Koordinatensysteme wichtig bei der Festlegung der orthotropen Materialdaten und der Randbedingungen und Lasten. Prinzipiell wird gezeigt, wie die Elementsteifigkeitsmatrix mit Zahlenwerten gefüllt wird und wie diese Zahlenwerte in die Gesamtsteifigkeitsmatrix übertragen werden.
8 Seiten, 60..90 min
Verfolgen Sie die Geschichte der FEM vom letzten Jahrhundert bis heute.
Schon die alten Griechen...
Die Grundlagen wurden vor Jahrhunderten geschaffen.
Zusammen mit den technischen Anforderungen und den Rechenautomaten
(Computern) setzte sich die Methode in der technisch-wissenschaftlichen Simulation durch.
Zuerst standen Flugzeuge, Fahrzeuge, Kraftwerke und Strukturmechanik
im Mittelpunkt. Heutzutage werden Kontinentverschiebung, Mikroelektronik und
Spaghetti-Trocknung mit der FEM simuliert.
58 Seiten, 3..5 h
Frischen Sie Ihre Grundlagenkenntnisse für dynamische Simulationen der Strukturmechanik auf.
Am Einmassenschwinger werden die grundlegenden Begriffe erklärt und die wesentlichen
Unterschiede zur Statik aufgezeigt. Die Lösungsmöglichkeiten der Strukturdynamik, die auch
bei Mehrmassensystemen Verwendung finden, werden bei diesem einfachen System
gezeigt.
Das Wissen über die theoretischen Grundlagen wird aufgefrischt. Es werden die in den
folgenden Teilen des Buches verwendeten Begriffe vorgestellt und definiert.
Dadurch, dass der Einmassenschwinger vielfach mit einfachsten Formeln und mit einem
Taschenrechner berechnet werden kann, ist eine wichtige Kontroll- und Prüfmöglichkeit
für FEM-Berechnungen gegeben. Die FEM-Berechnung berücksichtigt viele Details und
liefert Ergebnisse hoher Genauigkeit, aber die Abschätzung der Plausibilität, der Vergleich
mit Grenzwerten und die Kontrolle der verwendeten Daten muss unabhängig erfolgen: zum
Beispiel durch eine grobe Reduktion auf einen Einmassenschwinger und eine
Handrechnung mit den Formeln dieses Teils des Buches.
Der Text stellt eine Leseprobe aus dem Buch
"FEM für Praktiker", Band 2: Strukturdynamik dar.
weitere Informationen hierzu auch bei FEM für Praktiker
28 Seiten, 2..3 h
Hier werden die maßgebenden Begriffe
genannt und erläutert, die für die Simulation von Temperaturfeldern mit der FEM und die physikalischen Effekte wichtig sind.
Der Inhalt ist nur soweit ausgeführt, dass der Anschluss zum Grundlagenwissen hergestellt wird.
Hierzu zählen in Hinsicht auf die numerische
Lösung der Wärmeübertragungsaufgaben die Begriffe
- der stationären und der instationären (transienten) und
- der linearen und nichtlinearen Wärmeübertragung.
Darüber hinaus werden die physikalischen Grundlagen der Wärmeleitung, des Wärmeüberganges, der Wärmestrahlung, von Wärmequellen und -senken, der Wärmekapazität und -speicherung sowie des Phasenwechsels beschrieben, soweit sie für die Anwendungen dieses Fachbereiches wichtig sind.
Der Text stellt eine Leseprobe aus dem Buch
"FEM für Praktiker", Band 3: Temperaturfelder dar.
weitere Informationen hierzu auch bei FEM für Praktiker
8 Seiten, 60 min
Welcher Element-Typ ist geeignet? Es wird eine FEM-Simulation eines I-Deckenträgers vorgestellt.
Dabei werden nebeneinander Modelle mit
erstellt, berechnet und die Ergebnisse verglichen.
5 Seiten, 15..30 min
Als Beispiel für eine dynamische Simulation der
Strukturmechanik wird ein Lineal verwendet.
Dabei wird die Idealisierung des Lineals für die Modalanalyse
sehr anschaulich und ausführlich durchgesprochen. Am eigenen Arbeitstisch kann der Anwender
mit einfachsten Mitteln die Anmerkungen nachvollziehen.
22 Seiten, 40..80 min
In der Medizin liegen besondere Anforderungen vor:
individuelle Gegebenheiten,
biologischer Materialaufbau,
ethische Grenzen...
Am Beispiel einer humanen Mandibula (Unterkiefer)
wird die Idealisierung in 8 Varianten skizziert und in Hinsicht
auf Aufwand, Nutzen für das Simulationsziel und Genauigkeit
bewertet.
10 Seiten, 30..60 min
Das Schmelzen und Erstarren von Material beim Schweißen ergibt einen komplexen
Eigenspannungs-Zustand. Gerade bei Stahl mit seinen Gefügeanteilen und
den metallurgischen Vorgängen und dem plastischen Verhalten kommen hierbei
viele Effekte zur Wirkung. Mit einer FEM-Simulation können diese
Effekte getrennt untersucht und beurteilt werden. Verfolgen Sie dazu
ein Beispiel von ganz einfachen Annahmen bis zur Kombination vieler Effekte...
Einige Selbststudium-Unterlagen sind besonders anschaulich. Hier gibt es keine Formeln oder Integrale! Also wenn Sie
- aus einem anderen Fachgebiet kommen,
- die praktische Erfahrung schätzen,
- ein besonders interessierter Schüler sind,
- ..
dann schauen Sie doch mal hier nach.
Nach dem Selbststudium und eigenen Erfahrungen mit der numerischen Simulation können Sie hier einige (gar nicht so leichte) Fragen finden und Ihre Kenntnisse auf die Probe stellen.
