Kapitel 10: FEM-Analyse eines 3D-Fachwerkes mit AutoCAD und MEANS V9 1

FEM-Programmsystem MEANS V9

für Statik, Dynamik und Temperatur

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Eine Flash-Animation eines Kugelventils finden Sie hier:

http://www.femcad.de/download/kugelventil.html

Eine Flash-Animation einer Baggerschaufel finden Sie hier: http://www.femcad.de/download/baggerschaufel.html

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FEM-Analyse eines 3D-Fachwerkes mit

AutoCAD und MEANS V9

Das Fachwerk hat eine Gesamtlänge von 5 m und besteht aus Vierkant-Hohlprofilen mit einer Profilstärke von 3 - 5 mm. Es wird an der linken Seite eingespannt und an der rechten Seite mit 2 t bzw. 20 000 N belastet.

Das Fachwerk kann mit der SAT-Datei in AutoCAD oder mit der STEP-Datei in ein beliebiges CAD-System aus dem CAD-SAT- oder CAD-STEP-Verzeichnis importiert und nachvollzogen werden.

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Innenträger und Außenträger vereinen Die Innenträger und Außenträger müssen mit dem Befehl „_UNION“ bzw. „_VEREINIG“ zu einem Bauteil vereint werden, da der Netzgenerator nur ein einzelnes Bauteil aber keine Baugruppe vernetzen kann.

Erzeugung der STL- oder STEP-Datei Erzeugen Sie mit dem Befehl „STLOUT“ eine STL-ASCII-Datei. Eine Binär-Datei darf nicht erzeugt werden da dieses Format vom Netzgenerator nicht unterstützt wird. Bei Verwendung eines anderen CAD-Systems wie Inventor, HiCAD, Solid Works, Pro/E, Solid Edge kann auch eine STEP-Datei erzeugt werden.

Sollte AutoCAD die Fehlermeldung „The solid does not lie in the positive XYZ octant“ anzeigen, muss man das Modell mit dem Befehl „_MOVE“ bzw. „_SCHIEBEN“ vom X-, Y- oder Z-Minusbereich einfach in den Plusbereich verschieben.

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3D-Netzgenerierung Starten Sie MEANS V9 für DirectX9 mit dem Desktop-Icon und wählen „Neues Projekt“.

Stellen Sie mit „Browser“ den Pfad C:\Programme\FEM-System_ MEANS_V9\FEM-Projekte\Fachwerk\ ein und wählen die STL-Datei „innen_und_aussentraeger.stl“ und klicken auf Menü „Netzgenerator Nr. 2 mit CAD-File starten“.

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Elementdichte „fine“ einstellen Es wird ein neues Fenster mit dem STL-Modell geöffnet.

Wählen Sie zuerst das Menü „Mesh\Meshing Options...“ aus und stellen die Netzdichte „fine“ ein.

Wählen Sie nun das Menü „Generate Mesh“ um das erste FEM-Netz mit 21526 Tetraederelementen und 6870 Knotenpunkten zu erzeugen.

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Exportieren mit „test.fem“

Exportieren Sie nun mit dem Menü „File“ und „Export Mesh“ das Netz unter dem Namen „test.fem“ in das ..\Debug\mesh-Verzeichnis. Der Pfadname darf nicht verändert werden, ansonsten funktioniert die automatische Einladung des FEM-Netzes in MEANS V9 nicht. Das geöffnete Fenster vom Netzgenerator kann jetzt wieder geschlossen werden.

Das FEM-Netz ist jetzt in gelber Farbe in MEANS V9 zu sehen und kann mit beiden Maustasten gedreht und mit dem Wheel-Rad gezoomt werden.

Flächenmodell erzeugen

Es erscheint eine Dialogbox, wählen Sie „Neues Flächenmodell erzeugen“ um das Flächen- und Kantenmodell für die Selektion der Flächenlast und Randbedingungen zu erzeugen.

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FEM-Ablauf-Assistent aufrufen Für die schnelle Eingabe steht jetzt ein FEM-Ablauf-Assistent zur Verfügung. Wählen Sie das Menü „Infos“ und „FEM-Ablauf-Assistent einschalten“.

Wählen Sie den FEM-Assistenten für „Statik mit Flächenlast“. Im FEM-Assistenten sollte jetzt hinter den bereits durchgeführten Arbeitsschritten „Netzgenerierung“ und „Flächenmodell“ ein „ON“ stehen. Hinter allen anderen Arbeitschritten wie Randbedingungen, Flächenlast und Materialdaten steht noch ein „OFF“, diese müssen jetzt nacheinander aufgerufen und erzeugt werden.

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Randbedingungen erzeugen Klicken Sie im FEM-Assistenten in der Zeile Randbedingung auf „aufrufen“ und übernehmen alle Einstellungen in der nächsten Dialogbox und wählen „RBs erzeugen“.

Klicken Sie zweimal kurz auf die Fläche 23, diese wird in der Selektbox links oben angezeigt, dort mit „Erzeugen“ die Einspannung erzeugen.

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Flächenlast erzeugen Die Belastung von - 20 000 N wird auf eine Flächenlast umgerechnet: Querschnitt von Fläche 11 = 660 mm x 60 mm = 39 600 mm2 Flächenlast = -20 000 N / 39 600 mm2 = - 0.5051 N / mm2 Klicken Sie nun im FEM-Assisitenten in der Zeile Flächenlast auf „aufrufen“ und geben in der neuen Dialogbox den Wert der Flächenlast = -0.5051 in „Y-Richtung“ ein und wählen „Belastung erzeugen“.

Klicken Sie zweimal kurz auf die Fläche 11, diese wird in der Selektbox links oben angezeigt, dort mit „Erzeugen“ die Belastung erzeugen.

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Eigengewicht erzeugen Lastfall 2 ist das Eigengewicht, wählen Sie das Menü

und geben Lastfall 2, den Wert -9.81 sowie in „Y-Richtung“ ein.

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Lastfall-Überlagerung Um Lastfall 1 + 2 in Lastfall 3 zu überlagern, wählen Sie „FEM-Projekt bearbeiten“ und „Belastungen“ und dort „Lastfälle überlagern“ sowie „Generieren viele LF“.

Materialdaten eingeben Klicken Sie im FEM-Assistenten in der Zeile Materialdaten auf „aufrufen“ und wählen „Materialdatenbank“ und übernehmen dort das Material „Stahl“

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FEM-Analyse Sichern Sie zuerst die FEM-Datei mit Menü „Datei“ und „FEM-Datei sichern“ unter dem Namen „St-St.fem“ und klicken im FEM-Assisitenten in der Zeile FEM-Analyse auf „aufrufen“ und wählen „Schritt 1: FEM-Solver starten“.

Während der FEM-Analyse werden wichtige Informationen wie z.B. das Gewicht von 124 000 kg angezeigt. Das Solver-Fenster wird mit „Ja“ wieder geschlossen.

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Postprocessing Klicken Sie im FEM-Assistenten in der Zeile Postprocessing auf „aufrufen“ um die Ergebnisauswertung zu starten.

Die maximalen gemittelten Knotenspannungen betragen 205 N/mm2

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Verformungsfaktor Wählen Sie „Verformungsfaktor/Wertebereich“ und stellen folgendes ein:

Die maximalen Verformungen in Y-Richtung betragen - 24.27 mm