Computer Aided Engineering

André Dietzsch

03Inf

André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 215.12.2006

Übersicht

➢ Definition➢ Teilgebiete des CAE

➢ CAD➢ FEM

➢ Anwendungen➢ Was hat das mit Rechnernetzen zu tun?

André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 315.12.2006

Definition

➢ Computer Aided Engineering (CAE) ist die rechnerunterstützte

Lösung technischer und wissenschaftlicher Probleme vor und

während des ingenieurmäßigen Entwicklungs- und

Konstruktionsprozesses. ➢ CAE umfasst alle rechnergestützten konstruktiven Anwendungen von

Berechnung, Prüfung, Funktionstest über die computergestützte

Produktion und Fertigung bis hin zur Analyse und der

computerunterstützten Qualitätskontrolle (CAQ).

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Definition

wesentliche Funktionen

● Entwurf● Berechnung● Zeichnungserstellung● Dokumentation● Simulation● Test

Quelle: http://www.sgi.com/fun/gallery/

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Teilgebiete des CAE 1

● Digital Mock-Up (DMU)

● Digitales Versuchsmodell

● Ein-, Ausbauuntersuchungen, Kollisions- und

Baubarkeisprüfungen

● Mehrköpersimulation (MKS)

● Reale Körper werden durch unverformbare

Körper ersetzt

● Aufschluß über Kräfte, Beschleunigungen und

Geschwindigkeiten der Körper

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Teilgebiete des CAE 2

● Numerische Strömungsmechanik (CFD)

● Computational Fluid Dynamics

● Strömungsverhalten von Flüssigkeiten und Gasen

● Computer Aided Software Engineering (CASE)

● Unterstützen bei Planung, Entwurf und Dokumentation

● z.B. Versionsverwaltung, UML-Modellierung

● Geometriemodellierung (CAD)

● Finite Elemente Methode (FEM)

Quelle: http://www.sgi.com/fun/gallery/

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CAD● Computer Aided Design● Umfaßt Konstruktion, Entwicklung und Entwurf

● nicht nur technische Zeichnungen auch 3D und Volumenmodelle● Basieren auf Datenbanken● Jedes Bestandteil ist ein Objekt● Änderungen und Spezifikationen sind Parameter der Objekte

Quelle: http://www.sgi.com/fun/gallery/

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CAD Geschichte

● 1962 Ivan Sutherland stellt Sketchpad vor● 1965 erste kommerzielle CAD-Systeme● Ende der 60er Forschungen zur Abbildung von 3D Grundköpern● Anfang 80er erste CAD Programme für PCs● Mitte 80er erster Farbrenderer: 3D-CAD-System PYTHA● Ende 80er 3D auch für kleinere Firmen erschwinglich

Quelle: www.cadazz.com/cad-software-Sketchpad.htm

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CAD Darstellungsarten

● 2D (Punkte, Linien usw)● 2 ½ D

● Flächen und Geraden im Raum● Weniger Rechenintensiv wie 3D

● 3D● Kantenmodell● Flächenmodell● Volumenmodell● Körpermodell● Konstruktionshistorie

Quelle: www.esa.int/techresources/

Quelle: www.mp-marine.com/CAD.html

Quelle: www.mp-marine.com/CAD.html

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CAD Ein- Ausgabegeräte

● Eingabegeräte● Tastatur und Maus● Funktionstastatur● Graphiktabletts● Digitalisierer● Touchscreens

● Ausgabegeräte● Bildschirm● Drucker / Plotter Quelle: www.schmidt-haensch.com

Quelle: www.schmidt-haensch.com

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CAD Datenformate● DXF als Standard für 2D Zeichnungen ● VDA-FS – Datenaustauschformat für Flächen, entwickelt vom Verband

Deutscher Automobilbauer (VDA)● IGES - Datenaustauschformat für 2D-Zeichnungen und 3D-Daten (Flächen)

● in fast allen CAD-Anwendungen als Austauschformat üblich und möglich.● STEP - ein standardisiertes Dateiaustauschformat

● Einziges Datenformat, welches Volumen fast verlustfrei und mit Parametrik

überträgt● VRML97-ISO/IEC 14772

● wurde ursprünglich als 3D-Standard für das Internet entwickelt● Die meisten CAD-Anwendungen ermöglichen den Im- und Export

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FEM Geschichte

● Erste Parallelen im alten Griechenland durch Eudoxos und Archimedes● Einige Werke

● 1851 Schellenbach: Lösung eines Minimalflächenproblemes● 1908 Ritz: neue Methode zur Lösung von Variationsproblemen (Ritzsches

Verfahren)● 1926 Treftz: lokal begrenzte Ansatzfunktionen● 1960 Clough: FEM in Flugzeugbelastungstest

● Erstes Lehrbuch von Zienkiewicz: „the finite element method“

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FEM● Numerisches Verfahren zur Näherungsweisen Lösung partieller Differentialgleichungen mit Randbedingungen ● Einteilen des zu untersuchenden Problems in Teilgebiete (finite Elemente)● Definieren von Ansatzfunktionen● Aus Ansatzfunktion partiellen Diffenrentialgleichungen und Randbedingungen wird ein Gleichungssystem● Aus GS können die gesuchten Resultate abgeleitet werden

Quelle: www.fht-esslingen.de

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Anwendungen 1➢ CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application)

➢ von frz. Firma Dassault Systèmes für Flugzeugbau entwickelt➢ heute auch für Fahrzeugbau, Schiffbau und allg. Maschinenbau eingesetzt

➢ Ansys (Analysis System)➢ Finite Elemente Software➢ Lösung von linearen und nichtlinearen Problemen in z.B. Thermodynamik

Quelle: www.cad-zimmermann.de

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Anwendungen 2➢ MATLAB (Matrix Laboratory)

➢ auf Matrizen ausgelegt➢ dient der numerischen Lösung mathematischer Probleme ➢ vorwiegend für numerische Simulation eingesetzt

Quelle: www.mathworks.com

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CAE und Rechnernetze?● Zauberwort: ParallelisierungPerformance-Beispiel:Saugrohr mit ca. 1Mio. Gitterpunkten, im Bild zerlegt in 32 Gebiete

Quelle: www.ihs.uni-stuttgart.de/forschung/projekte/numalg/

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Literatur

● CAD für Einsteiger;Böning, Koch; Wien 1994; Wiener Verlag

● Distributed Computer-Aided Engineering; Adeli, Kumar; Washington 1999;

CRC Press

● www.cadfem.de

● www.wikipedia.de

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