Modellieren mit Symmetrie

Verringern Sie den Umfang einer Simulationsaufgabe, indem Sie Symmetrie nutzen.

Häufig können Sie ein CAD-Modell in zwei oder mehrere Teile schneiden, um das gesamte Modell als Halb-, Viertel- oder Achtelsymmetrie darzustellen. Sie können die Größe Ihres Simulationsmodells erheblich reduzieren, indem Sie die Symmetrie richtig nutzen. Ein kleineres Simulationsmodell bedeutet weniger Elemente, kleinere Dateigrößen und kürzere Lösungszeiten.

Darüber hinaus ermöglicht Symmetrie häufig die statische Stabilität eines Modells (d. h. die Anwendung von Abhängigkeit in allen drei globalen Richtungen), ohne dass eine Überbestimmung erfolgt. Nehmen Sie z. B. die thermische Spannungsanalyse eines Bauteils, das bei hohen Temperaturen verwendet wird, z. B. die Bremsscheibe in einem Auto. Wenn Sie eine beliebige Fläche der vollständigen Bremsscheibe mit Abhängigkeiten versehen, kann sich ein Teil der Scheibe bei Erwärmung nicht ausdehnen. Das Ergebnis sind hohe (verstärkte) Spannungen an den Kanten oder entlang der Innenseite der abhängigen Flächen und möglicherweise an anderen Stellen im Modell. Sie können die Tatsache nutzen, dass es keine Translation in der Richtung lotrecht zu einer Symmetrieebene gibt. Daher verhindert eine Translationsabhängigkeit in Normalenrichtung an einer Symmetrieebene nicht die natürliche thermische Ausdehnung, die auftreten muss.

Die folgende Abbildung zeigt, wie ein vollständiges Modell einer Bremsscheibe mithilfe mehrerer Symmetrieebenen reduziert werden kann:

Bremsscheibe - Beispiel

Abbildung 1: Reduzieren einer Bremsscheibe zu einem Achtelsymmetrie-Modell (Die gelben, zyan- und magentafarbenen Flächen zeigen an, wo das Modell entlang der drei Symmetrieebenen aufgeschnitten wurde.)

Anmerkung: Wenn Sie ein neues Simulationsmodell erstellen, wird die aktuelle Serienversion des Modells als Ausgangspunkt für das neue Simulationsmodell geladen. Verwenden Sie den Befehl Simulationsmodell klonen, wenn Sie bereits vorgenommene Änderungen, die auf ein früheres Simulationsmodell angewendet wurden, nicht noch einmal anwenden möchten. Beide Befehle befinden sich im Kontextmenü, das angezeigt wird, wenn Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift eines vorhandenen Simulationsmodells im Browser klicken.

Vorsichtsmaßnahmen

Wichtig: Vermeiden Sie die Modellierung mit Symmetrie, wenn Sie die Simulationen Modale Frequenzen oder Strukturelle Knickung verwenden. Sogar symmetrische Strukturen weisen asymmetrische Schwingungsmodi auf, z. B. dann, wenn die Struktur verdreht wird. In ähnlicher Weise basieren strukturelle Knickungsmodi auf den Modusformen der Eigenfrequenz, sodass das gleiche Phänomen gilt. Dies bedeutet, dass symmetrische Strukturen in asymmetrischen Modusformen geknickt werden können. Wenn Sie Symmetrieabhängigkeiten auf ein Modell anwenden, werden nur symmetrische Schwingungs- und Knickungsmodusformen erkannt. Wenn Sie nicht sicher sind, dass die einzigen interessanten bzw. bedeutungsvollen Modusformen symmetrisch sind, sollten Sie daher keine Symmetrie verwenden.
Wenn Sie die Ergebnisse eines vollständigen Modells mit denen eines symmetrischen Modells vergleichen, kann es geringfügige Abweichungen geben. Der Grund dafür ist, dass das Netz und die Elementformen für zwei verschiedene Festkörpervolumen nicht identisch sind. Kleine Unterschiede weisen nicht auf ein Problem bei der Verwendung von Symmetrie hin, sondern sind vielmehr normale Abweichungen, die in Finite-Elemente-Analysen auftreten.