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Praxishandbuch Simulationen in SolidWorks 2010

Strukturanalyse (FEM), Kinematik/Kinetik, Strömungssimulation (CFD). Auch für Version 2009 geeignet

AutorVolker Krämer
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl313 Seiten
ISBN9783446424791
CD zum Buch1
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis47,99 EUR

Dieses Praxishandbuch zu SolidWorks Simulation Software, Version 2010, gibt genau die Hilfestellung, die Konstrukteure benötigen, um bei der täglichen Anwendung gute, verlässliche und plausible Analysen rasch durchführen zu können. Es eignet sich für erfahrene Praktiker ebenso wie für Neueinsteiger.
Die drei Hauptteile des Buches behandeln: die FE-Analyse mit "SolidWorks Simulation Professional", die Kinematik und Kinetik mit "SolidWorks Motion" und die Strömungssimulation mit "SolidWorks Flow". Funktionalität, Handhabung und Nutzen werden anhand zahlreicher Beispiele übersichtlich erläutert.
Im Anhang finden sich Gleichungen, weitergehende theoretische Ableitungen, wichtige Hintergrundinformationen zur numerischen Analyse und Begriffserläuterungen.
Im Internet stehen die Daten aller im Buch beschriebenen Beispiele zum Download zur Verfügung.

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Leseprobe

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.

Inhaltsverzeichnis
Inhalt5
Vorwort7
Nomenklatur9
1 Aufgaben und Ziele einer konstruktionsbegleitendenAnalyse11
2 Die SolidWorks-Simulationstools in der Übersicht13
3 SolidWorks Simulation – Strukturanalyse mit FEM17
3.1 Grundlagen der Finite-Elemente-Methode17
3.1.1 Gegenüberstellung analytischeund numerische Lösungsmethode17
3.1.2 Erstes Beispiel mit SolidWorks Simulation30
3.2 Die Benutzeroberfläche von SolidWorks Simulation40
3.2.1 Simulation-Optionen41
3.2.2 Standardoptionen44
3.3 Die drei Schritte einer numerischen Analyse50
3.3.1 Das Preprocessing50
3.3.2 Solving83
3.3.3 Das Postprocessing86
3.4 Weitere Studienarten im Detail98
3.4.1 Lineare Studien – Fortsetzung99
3.4.2 Die thermische Analyse130
3.4.3 Die Frequenzanalyse152
3.4.4 Wege zum optimalen Modell – Konstruktionsszenario161
3.4.5 Ermüdung177
3.4.6 Zum Abschluss ein Beispiel mit „Schale“183
3.5 Sonstiges191
3.5.1 Rechnen im Hintergrund (Batchmodus)191
3.5.2 Nicht lineare Aufgabenstellungen192
4 SolidWorks Motion – Kinetik und Kinematikstarrer Körper195
4.1 Einführung195
4.2 Zur Benutzeroberfläche von SolidWorks Simulation197
4.3 Bewegungsstudie einer Kurbelschwinge200
4.3.1 Preprocessing201
4.3.2 Solverlauf204
4.3.3 Postprocessing204
4.3.4 Antriebsmoment bestimmen211
4.4 Generierung der Kontur einer Kurven-/Steuerscheibe214
5 SolidWorks Flow Simulation – Strömungsanalysevon Flüssigkeiten und Gasen229
5.1 Kurzporträt229
5.2 Strömungsverlauf in einer Absperrklappe231
5.2.1 Preprocessing240
5.2.2 Postprocessing254
5.2.3 Projekte weiterentwickeln263
5.3 Die Benutzeroberfläche von Flow Simulation266
5.3.1 Wichtige Systemoptionen266
5.3.2 Hilfreiche Tools269
5.3.3 Mehr Details zum Flow Simulation Tree276
5.3.4 Ein Wort zur Datenstruktur278
5.4 Kv-Wert-Bestimmung bei einem Ventil279
5.5 Strömung mit Wärmeleitung286
5.6 Export von Ergebnissen nach SolidWorks Simulation296
5.6.1 Windlastermittelung – Strömungsberechnung296
5.6.2 Windlastwirkung analysieren – strukturmechanische Analyse302
6 Anhang307
6.1 Ausgewählte Begriffe kurz erläutert307
6.2 Literaturverzeichnis310
Index311

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