Praxishandbuch Simulationen in SolidWorks 2010
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Content
2 - Vorwort [Seite 7]
3 - Nomenklatur [Seite 9]
4 - 1 Aufgaben und Ziele einer konstruktionsbegleitendenAnalyse [Seite 11]
5 - 2 Die SolidWorks-Simulationstools in der Übersicht [Seite 13]
6 - 3 SolidWorks Simulation - Strukturanalyse mit FEM [Seite 17]
6.1 - 3.1 Grundlagen der Finite-Elemente-Methode [Seite 17]
6.1.1 - 3.1.1 Gegenüberstellung analytischeund numerische Lösungsmethode [Seite 17]
6.1.2 - 3.1.2 Erstes Beispiel mit SolidWorks Simulation [Seite 30]
6.2 - 3.2 Die Benutzeroberfläche von SolidWorks Simulation [Seite 40]
6.2.1 - 3.2.1 Simulation-Optionen [Seite 41]
6.2.2 - 3.2.2 Standardoptionen [Seite 44]
6.3 - 3.3 Die drei Schritte einer numerischen Analyse [Seite 50]
6.3.1 - 3.3.1 Das Preprocessing [Seite 50]
6.3.2 - 3.3.2 Solving [Seite 83]
6.3.3 - 3.3.3 Das Postprocessing [Seite 86]
6.4 - 3.4 Weitere Studienarten im Detail [Seite 98]
6.4.1 - 3.4.1 Lineare Studien - Fortsetzung [Seite 99]
6.4.2 - 3.4.2 Die thermische Analyse [Seite 130]
6.4.3 - 3.4.3 Die Frequenzanalyse [Seite 152]
6.4.4 - 3.4.4 Wege zum optimalen Modell - Konstruktionsszenario [Seite 161]
6.4.5 - 3.4.5 Ermüdung [Seite 177]
6.4.6 - 3.4.6 Zum Abschluss ein Beispiel mit "Schale" [Seite 183]
6.5 - 3.5 Sonstiges [Seite 191]
6.5.1 - 3.5.1 Rechnen im Hintergrund (Batchmodus) [Seite 191]
6.5.2 - 3.5.2 Nicht lineare Aufgabenstellungen [Seite 192]
7 - 4 SolidWorks Motion - Kinetik und Kinematikstarrer Körper [Seite 195]
7.1 - 4.1 Einführung [Seite 195]
7.2 - 4.2 Zur Benutzeroberfläche von SolidWorks Simulation [Seite 197]
7.3 - 4.3 Bewegungsstudie einer Kurbelschwinge [Seite 200]
7.3.1 - 4.3.1 Preprocessing [Seite 201]
7.3.2 - 4.3.2 Solverlauf [Seite 204]
7.3.3 - 4.3.3 Postprocessing [Seite 204]
7.3.4 - 4.3.4 Antriebsmoment bestimmen [Seite 211]
7.4 - 4.4 Generierung der Kontur einer Kurven-/Steuerscheibe [Seite 214]
8 - 5 SolidWorks Flow Simulation - Strömungsanalysevon Flüssigkeiten und Gasen [Seite 229]
8.1 - 5.1 Kurzporträt [Seite 229]
8.2 - 5.2 Strömungsverlauf in einer Absperrklappe [Seite 231]
8.2.1 - 5.2.1 Preprocessing [Seite 240]
8.2.2 - 5.2.2 Postprocessing [Seite 254]
8.2.3 - 5.2.3 Projekte weiterentwickeln [Seite 263]
8.3 - 5.3 Die Benutzeroberfläche von Flow Simulation [Seite 266]
8.3.1 - 5.3.1 Wichtige Systemoptionen [Seite 266]
8.3.2 - 5.3.2 Hilfreiche Tools [Seite 269]
8.3.3 - 5.3.3 Mehr Details zum Flow Simulation Tree [Seite 276]
8.3.4 - 5.3.4 Ein Wort zur Datenstruktur [Seite 278]
8.4 - 5.4 Kv-Wert-Bestimmung bei einem Ventil [Seite 279]
8.5 - 5.5 Strömung mit Wärmeleitung [Seite 286]
8.6 - 5.6 Export von Ergebnissen nach SolidWorks Simulation [Seite 296]
8.6.1 - 5.6.1 Windlastermittelung - Strömungsberechnung [Seite 296]
8.6.2 - 5.6.2 Windlastwirkung analysieren - strukturmechanische Analyse [Seite 302]
9 - 6 Anhang [Seite 307]
9.1 - 6.1 Ausgewählte Begriffe kurz erläutert [Seite 307]
9.2 - 6.2 Literaturverzeichnis [Seite 310]
10 - Index [Seite 311]
2 Die SolidWorks-Simulationstools in der Übersicht (S. 13-14)
Das Unternehmen SolidWorks bietet mittlerweile neben dem eigentlichen Hauptprodukt, dem 3D CAD-Programm SolidWorks, eine ganze Familie an ergänzenden Zusatzprodukten an. Seit der Markteinführung in Europa auf der CeBIT 1996 bemüht sich SolidWorks, Hilfsmittel für die komplette Prozesskette von der Entwicklung bis zur Fertigung anzubieten. Mit dem Prozess des Konstruierens besonders verbunden sind hierbei die drei Analysewerkzeuge – SolidWorks Simulation, SolidWorks Motion, SolidWorks Flow Simulation –, die bis einschließlich Version 2008 noch alle den allseits bekannten und gut eingeführten „Vornamen“ COSMOS getragen haben.
Alle drei Programme sind sogenannte numerische Analyseprogramme, die Aufgabenstellungen durch Verwendung geeigneter Näherungsalgorithmen lösen. Dem gegenüber stehen die analytischen Lösungen, die man im Allgemeinen daran erkennt, dass die Lösung durch eine oder mehrere Gleichungen beschrieben werden kann. Diese sind dann üblicherweise allgemeingültig für eine bestimmte Kategorie von Aufgaben. Diese Vorgehensweise ist deshalb notwendig, da für nahezu alle in Natur und Technik interessierende Vorgänge keine solchen analytischen, also geschlossenen Lösungen existieren oder gefunden werden können. Trotzdem sollte man jetzt nicht argwöhnen, dass Programme auf dieser Berechnungsgrundlage Ihre speziellen Probleme, lieber Leser, nur annähernd und damit sogar unzureichend lösen können. Dies ist ein durch nichts haltbares Vorurteil, das dem Autor in den vielen Jahrzehnten seiner Praxis immer wieder begegnet ist.
SolidWorks Simulation
Wenn Sie sich mit computergestützter Simulation oder Analyse beschäftigen, werden Sie fast immer früher oder später mit dem Begriff Finite-Elemente-Methode (FEM) konfrontiert werden. FEM gehört zur Klasse der numerischen Analyseverfahren. Wir werden sie im nächsten Kapitel noch im Detail näher kennenlernen. Die Methode ist im Grunde seit den Fünfzigerjahren des vorigen Jahrhunderts bekannt und verfügbar. Sie hat ihren, wenn man so will, immer noch nicht abgeschlossenen Siegeszug mit der stärkeren Verbreitung leistungsstarker Computersysteme aber auch erst viel später gestartet.
SolidWorks Simulation ist ein Programm zur Strukturanalyse von Bauteilen und Baugruppen, die mit SolidWorks entworfen wurden. Es gibt das Programm in den drei Ausbaustufen SolidWorks Simulation Standard, Simulation Professional und Simulation Premium (früher CosmosWorks Designer, CosmosWorks Professional und CosmosWorks Advanced Professional). Alle drei Stufen bauen aufeinander auf und besitzen eine durchgehend einheitliche Benutzeroberfläche.
Die Standardversion ist mittlerweile als eigenständiges Produkt nicht mehr verfügbar, sondern wurde in das Paket SolidWorks Premium integriert. Es verfügt lediglich über einen sogenannten Studientyp, aber der hat es, was die Leistungsfähigkeit betrifft, schon in sich. Simulation Standard bietet wirklich umfassende Möglichkeiten zur linearen statischen Analyse von Bauteilen, Baugruppen und sogenannten Mehrkörperbauteilen. Simulation Professional verfügt gewissermaßen über einen erweiterten Baukasten an Studientypen, bleibt aber vom Grundsatz her immer noch bei den sogenannten linearen Aufgabenstellungen. Man kann damit unter anderem zusätzlich anspruchsvolle thermische Analysen durchführen, Wärmespannungen berechnen, Ermüdungsstudien durchführen und vieles mehr.
Simulation Premium erweitert das Aufgabenspektrum noch mal um eine Qualitätsstufe und erschließt dem Anwender das weite Feld nichtlinearer Anwendungsfälle. Dazu zählen die Simulation von nichtlinearem Materialverhalten, wie es etwa Gummiwerkstoffe aufweisen, die Behandlung von großen Formänderungszuständen, plastische Verformungen, Restspannungen etc. Ich werde in diesem Buch ausschließlich Aufgabenstellungen behandeln und besprechen, die mit Simulation Standard und Professional gelöst werden können.
SolidWorks Motion
SolidWorks Motion (früher COSMOSMotion) hat sich, wie der Name schon andeutet, ganz dem Studium bewegter Systeme verschrieben. Motion betrachtet im Gegensatz zu der FEM-Anwendung SolidWorks Simulation die Komponenten einer Baugruppe als starr, also in sich nicht verformbar. Die Baugruppe wird dabei zu einem Mechanismus, bei dem sich die Teile relativ zueinander im dreidimensionalen Raum bewegen, soweit ihnen das nicht durch die verbindenden Gelenke unmöglich gemacht wird. Bewegungsabläufe können dabei nahezu beliebig komplex sein. Die Möglichkeit zur Definition beliebiger Kräfte und Momente, Feder- /Dämpfersysteme, die Einbeziehung verschiedenster Reibungseffekte, elastischer sowie unelastischer Stöße bieten ein Unzahl unterschiedlichster Anwendungsbereiche.
