Vorbereiten für die Analyse

Wenn Sie planen, ein Bauteil oder eine Baugruppe zu analysieren, sollten bestimmte Überlegungen einbezogen werden. Dazu gehört unter anderem die Modellvorbereitung. Bewerten Sie zur Vorbereitung eines Baugruppenmodells für die Analyse die Komponententypen. Bewerten Sie für ein Bauteilmodell die Bauteilelemente. Anschließend können Sie Bauteile oder Elemente mit geringen Auswirkungen aus der Analyse entfernten und die Leistung mit verhältnismäßig geringem Unterschied im Analyseergebnis steigern.

Mit folgenden Aktionen kann ein Bauteil oder eine Baugruppe auf eine Analyse vorbereitet werden:

Vereinfachen des Modells

Warum sollte eine Baugruppe vereinfacht werden?

Bei der Analyse von Baugruppen können Sie kleine Bauteile ausschließen, deren Funktionen durch Abhängigkeiten oder Kräfte simuliert wird. Durch die Vereinfachung von Baugruppen, sofern möglich, werden die Simulationszeiten verkürzt.

Warum sollten Bauteilelemente vereinfacht werden?

Im Rahmen von Simulationsanalysen können Sie Bereiche des Modells anpassen, um eine effizientere Analyse zu ermöglichen. Diese Anpassung beinhaltet die Unterdrückung kleiner geometrischer Elemente, die keinen Spannungskonzentrationen unterliegen. Ein Beispiel hierfür sind äußere konvexe Rundungen. Diese können die Netzerstellung erschweren, beeinflussen das Endergebnis jedoch kaum.

Warum soll ein Modell, die dünne Körper enthält, vereinfacht werden?

Das Modell kann Komponenten enthalten, die aus Körpern mit sehr dünnen Wänden im Verhältnis zu den Bemaßungen oder zur Größe des Modells bestehen und daher sehr dünn sein können (z. B. Blech oder Rahmenstrukturen). Eine Analyse dieser Komponenten mit Volumenkörperelementen nach FEM erfordert daher große Rechenressourcen und kann weniger genaue Ergebnisse liefern. Wenn Sie die Komponenten mit sehr dünnen Wänden zu Hüllen vereinfachen, können Sie den Bedarf an Rechenressourcen erheblich reduzieren und die Genauigkeit der Simulation erhöhen.

Sie können das Modell auf dünne Körper überprüfen, die sich als Hüllenelement eignen, indem Sie in der Gruppe Vorbereiten auf den Befehl Dünne Körper finden klicken.

Objekte, die die Kriterien für dünne Komponenten erfüllen, werden im Modell automatisch gefunden. Anschließend können Sie entscheiden, ob Sie die Volumenkörpergeometrie vereinfachen und mit dem Befehl Mittelfläche oder dem Befehl Versatz Mittelflächen erstellen, die eine Hüllenstruktur definieren.

Was sind die Grenzen für den Einsatz der Befehle für dünne Bauteile in der Belastungsanalyse?

Verhältnis L/D = Länge /Stärke

Dabei gilt:

Länge = Gesamtlänge des Körpers

Stärke = Stärke des Körpers

Stellen Sie sich eine dünne quadratische Platte mit einer Länge und Breite von 100 und einer Dicke von 1 vor. Das Verhältnis L/D einer solchen Platte beträgt 100/1 = 100. Wir berechnen das Verhältnis L/D des eingegebenen Körpers und vergleichen dies mit dem Verhältnis L/D der dünnen quadratischen Platte.

Wenn das Verhältnis L/D einen Wert unter 100 aufweist, wird der Körper als dick (bzw. Volumenkörper) betrachtet. Es wird empfohlen, ihn als Volumenkörper zu analysieren, um eine exakte Analyse mithilfe von Volumenkörperelementen vorzunehmen.
Wenn das Verhältnis L/D des Eingabekörpers einen Wert über 100 aufweist, wird der Körper als dünne Komponente betrachtet und hervorgehoben, wenn Sie auf Dünne Körper suchen klicken.
Wenn das Verhältnis L/D einen Wert über 100 aufweist und Sie die Analyse ohne Konvertierung in eine Hülle mithilfe der Befehle Mittelfläche oder Versatz durchführen, wird eine Meldung angezeigt, in der die Verwendung des Befehls Dünne Körper suchen für eine genauere Analyse empfohlen wird.
Wenn das Verhältnis L/D einen Wert über 250 aufweist und der Körper als dicker Volumenkörper analysiert wird, wird eine Warnmeldung angezeigt, die besagt, dass die Ergebnisse der Analyse sehr wahrscheinlich ungenau und nicht präzise sind.

Anmerkung: Wie das Verhältnis L/D berechnet und verglichen wird, soll hier nicht behandelt werden. Autodesk Inventor unterbreitet nur einen Vorschlag, welcher Körper als dünn betrachtet werden soll. Die Kriterien sind nicht absolut, sodass sie unter Umständen auf bestimmte Fälle nicht anwendbar sind. Sie können die Ergebnisse des Befehls überschreiben.

Hinzufügen von Abhängigkeiten

Durch strukturelle Abhängigkeiten wird die Verschiebung des Modells begrenzt oder eingeschränkt. Entfernen Sie für statische Simulationen alle starren Bauteilmodi (freie Translations- und Drehbewegung der Körper). Dazu fixieren Sie z. B. eine Fläche oder kombinieren teilweise Abhängigkeiten auf Flächen, Kanten oder Scheitelpunkte.

Anmerkung: Durch zu viele oder zu wenige Abhängigkeiten kann das Modellverhalten grundlegend beeinflusst werden. Daher muss der Zuweisung eines geeigneten Satzes Abhängigkeiten besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, um die reale Modellumgebung widerzuspiegeln.

Folgende strukturelle Abhängigkeitstypen stehen zur Verfügung:

Fest	Entfernt alle Freiheitsgrade.
Reibungslos	Verhindert Bewegungen lotrecht zur Fläche.
Pin	Beschränkt Freiheitsgrade radial, axial oder tangential.

Führen Sie zur Anzeige der Informationen über die Rückstoßkraft die Simulation aus. Klicken Sie dann im Simulations-Browser mit der rechten Maustaste auf eine Abhängigkeit, und wählen Sie Rückstoßkräfte.

Anmerkung: Sie können Belastungen und Begrenzungsbedingungen auf dasselbe Objekt anwenden, solange diese kompatibel sind. Sie können inkompatible Belastungs- und Begrenzungsbedingungen versehentlich demselben Objekt zuweisen. Ein Beispiel hierfür wäre eine fixierte Fläche in Z-Richtung und eine auf die Z-Richtung derselben Fläche zugewiesene Belastung. In diesem Fall haben die festen Begrenzungsbedingungen Vorrang vor den Kräften.

Hinzufügen von Belastungen.

Strukturmechanische Lasten

Strukturmechanische Lasten sind Kräfte, die während des Betriebs auf ein Bauteil oder eine Baugruppe einwirken. Solche Belastungen verursachen Spannungen, Verformungen und Verschiebungen bei Komponenten.

Bei der Produktkonstruktion ist es notwendig zu wissen, wie sich Ihr Produkt unter Arbeitsbedingungen mit normaler und starker Beanspruchung verhält. Ermitteln Sie, wie das Produkt auf diese Belastungen reagiert, und integrieren Sie einen geeigneten Sicherheitsfaktor. Wichtige Aspekte der Konstruktion sind unter anderem Größe, Häufigkeit, Verteilung und Art der Belastung (statisch oder dynamisch). Wenn Sie darstellen können, wie das Produkt auf Belastungen reagiert, können Sie die Konstruktionen besser steuern.

Folgende Typen von strukturmechanischen Lasten sind verfügbar:

Kraft (N oder lbforce)
Druck (MPa oder PSI)
Lagerbelastung (N oder lbforce)
Drehmoment (N*m oder lbforce in)
Externes Kraftmoment (N oder lb)

Weisen Sie strukturmechanische Lasten lotrecht zu der Fläche zu, wenn die Kraft senkrecht zur Fläche wirkt. Weisen Sie strukturmechanische Lasten direktional zu der Fläche mit einer Größe in jeder Richtung zu. Sie können Drehmomente auf Volumenkörperflächen anwenden. Verwenden Sie ein externes Kraftmoment für folgende Szenarien:

Zuweisen einer Kraft an einem bestimmten Punkt außerhalb oder innerhalb des Modells
Umwandeln als entsprechende Kraft und Moment für eine bestimmte Fläche

Lagerbelastungen können ausschließlich zylindrischen Flächen zugewiesen werden.

Anmerkung: Wenn Sie Belastungen auf Flächen anwenden, die an Kontakten beteiligt sind, verwenden Sie Druck anstatt Kraft.

Belastungen des Körpers

Eine Körperlast ist eine Belastung, die auf das gesamte Volumen beziehungsweise die gesamte Masse einer Komponente einwirkt. Beispiele für Körperkräfte sind unter anderem:

Schwerkraft
- Lineare Beschleunigung
- Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung

Wirken äußere Kräfte auf das Modell ein, definieren Sie die Schwerkraftbelastung oder Körperlast. Sie können eine Schwerkraft und eine Körperlast pro Simulation definieren.

Angeben von Materialien

Materialeigenschaften definieren die strukturellen Eigenschaften der einzelnen Bauteile eines Modells für eine Simulation. Jeder Simulation kann ein anderer Materialsatz für beliebige Komponenten zugewiesen sein.

Stile und Normen

Die Inventor-Materialien werden im Stil- und Normen-Editor verwaltet. Sie können vorhandene Materialien ändern oder neue erstellen. Achten Sie bei der Erstellung oder Änderung von Materialien darauf, dass Sie die richtigen Materialeigenschaften zuweisen.

Materialdefinitionen

Wenn Sie mit der Erstellung eines neuen Bauteils beginnen, ist für das Komponentenmaterial das in der Dokumentvorlage verwendete Material eingestellt. Im Auslieferungszustand von Inventor wird in den Vorlagen für Bauteile und Baugruppen das Material Standard verwendet. Das Material Standard ist nicht für die Verwendung in der Simulationsumgebung definiert. Sie müssen daher das Material überschreiben, wenn einer Komponente das Material Standard zugewiesen ist. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Materialzuweisung zu korrigieren:

Bearbeiten Sie das Bauteil. Geben Sie in den iProperties ein Material an, das für die Verwendung in Simulationen richtig definiert ist. Die folgende Lösung wird empfohlen.
Überschreiben Sie das Standardmaterial von Inventor mit einem anderen, korrekt definierten Material.
Ändern Sie das Standardmaterial, um es für Simulationen nutzen zu können. Gehen Sie bei der Änderung der Vorlagendatei für die Neudefinition des Standardmaterials vorsichtig vor. Andere Dokumente sind möglicherweise von der ursprünglichen Definition abhängig.

Ein Material kann aufgrund von zwei Faktoren für eine Simulation ungültig sein.

Das zugewiesene Bauteilmodellmaterial wurde nicht vollständig definiert. Es fehlen entscheidende Informationen, um die Simulationsanforderungen zu erfüllen. In diesem Fall wird eine Warnmeldung bezüglich des Materials angezeigt. Sie können das Material mit einem für die Analyse geeigneten Material überschreiben oder das vorhandene Material ändern, bevor Sie die Simulation ausführen.
Das Überschreibungsmaterial ist nicht vollständig definiert. Es fehlen entscheidende Informationen, um die Simulationsanforderungen zu erfüllen. Der Überschreibungsmaterialknoten im Browser ist mit dem Informationssymbol gekennzeichnet. Sie können das Material mit einem für die Analyse geeigneten Material überschreiben oder das vorhandene Material ändern, bevor Sie die Simulation ausführen.

Simulations-Browser

Der Simulations-Browser enthält einen Materialordner , in dem Sie eine Liste aller Materialien finden, mit denen andere Materialien überschrieben werden. Verfügen Sie beispielsweise über eine Komponente aus Kupfer und überschreiben Sie Kupfer mit Stahl, ist ein eindeutiger Knoten für Stahl vorhanden. Der Knoten Stahl beinhaltet Knoten für die einzelnen Bauteile, die dieses Material verwenden.

Nachstehend finden Sie Annahmen zu dem Verhalten von Materialien:

Konstant	Alle strukturellen Materialeigenschaften ändern sich hinsichtlich Temperatur und Zeit nicht.
Homogen	Materialeigenschaften ändern sich nicht für das Volumen des Bauteils.
Linear	Die Spannung verhält sich direkt proportional zur Belastung.

Ist ein Simulationsmaterial für Ihre Konstruktionsanforderungen besser geeignet, fügen Sie die Materialzuweisung als CAD-Bearbeitung zu dem Modell hinzu.

Geben Sie Kontaktbedingungen an.

Es gibt zwei Methoden zum Hinzufügen von Kontaktbedingungen zur Simulation:

Automatische Kontakte	Von der Software zugewiesene Kontakte basierend auf den Einstellungen im Dialogfeld Simulationseigenschaften bearbeiten. Automatische Kontakte können jederzeit im Prozess bearbeitet werden.
Manueller Kontakt	Kontakte, die Sie mit dem Befehl zuweisen. Manuelle Kontakte können jederzeit im Prozess bearbeitet werden.

Sonstige Hinweise:

Warnungssymbole bei übergeordneten Browser-Knoten

Mit Statussymbolen wird neben übergeordneten Knoten im Browser der Belastungsanalyse angezeigt, dass ein Knoten veraltet ist oder Probleme bei den untergeordneten Knoten vorhanden sind. Das Symbol Aktualisierung erforderlich wird zu Anfang neben dem übergeordneten Knoten angezeigt. Wenn das Warnungssymbol nach dem Aktualisieren des Knotens angezeigt wird, besteht ein Problem bei mindestens einem untergeordneten Knoten.