Simulationen mit Inventor - FEM und dynamische Simulation. Grundlagen und Beispiele ab Version 2011

Inhalt

1 Einführung

1.1 Autodesk Inventor Simulation

1.2 Die Grenzen der Simulation

1.3 Was fehlt

1.4 Inventor-Schnittstellen

1.4.1 Importformate

1.4.2 Exportformate

1.5 Inventor für Schüler und Studenten

1.5.1 Inventor kostenlos?

1.6 Systemvoraussetzungen

1.6.1 Hinweise zur Installation

1.6.2 Hardware

1.6.3 Betriebssysteme

1.6.4 Sonstige Anforderungen

1.7 Voraussetzungen für Anwender

1.8 DVD zum Buch

1.9 Resümee

2 Digital Prototyping und Produktdesign

2.1 Virtuelle 3D-Modelle

2.2 Herstellung von Prototypen, Rapid Prototyping

2.3 Produktoptimierung

2.3.1 Flächen- bzw. Formoptimierung

2.3.2 Berechnungen

2.3.3 Dynamische Simulation

3 Bauteilanalysen

3.1 Zebra-Analyse

3.2 Entwurf, Verjüngungsanalyse

3.3 Fläche, Gauß-Analyse, Gauß´sche Flächenkrümmung

3.4 Schnitt, Querschnittsanalyse

3.5 Krümmungsanalyse, Krümmungskammanalyse

4 Technische Mechanik, Festigkeitslehre und Inventor

4.1 Statik

4.2 Freiheitsgrade

4.3 Freiheitsgrade überprüfen

4.3.1 Anzeige der Freiheitsgrade

4.3.2 Freiheitsgrad-Analyse

4.4 Gelenke

4.4.1 Inventor-Gelenke

4.5 Reibung

4.6 Kinematik

4.7 Dynamik

4.7.1 Schwerkraft, Gravitation

4.7.2 Masse, Gewichtskraft, Trägheitsmomente

4.7.3 Gelenkkräfte und -momente

4.7.4 Simulation

4.7.5 Export nach FEM

4.7.6 Schwingungen, Eigenfrequenz, Resonanz, Modalanalyse

4.8 Festigkeitslehre und FEM-Ergebnisse

4.8.1 Festigkeitshypothesen

4.8.2 Spannungen

4.8.3 Verformungen

4.8.4 Sicherheitsfaktoren, Belastung, Dehnung

4.8.5 Kontaktdruck

4.8.6 Knicken und Beulen

4.9 Grenzen der Inventor-Mechanik

5 FEM

5.1 FEM, allgemein

5.2 Konvergenz

5.2.1 Max. Anzahl der H-Verfeinerungen

5.2.2 Stopp-Bedingung

5.2.3 Schwellenwert für H-Verfeinerungen

5.2.4 Konvergenz-Plots

5.3 Das FEM-Netz

5.3.1 Netzeinstellungen

5.3.2 Lokale Netzsteuerung

5.3.3 Allgemeine Richtlinien für die Netzerstellung

5.4 Erstes Beispiel einer einfachen FE-Analyse

5.4.1 Das Bauteil und seine Eigenschaften

5.4.2 Die erste Simulation

5.4.3 Abhängigkeiten, Einspannung

5.4.4 Lasten

5.4.5 Das Netz

5.4.7 Materialanpassung

5.4.8 Hauptspannungen

5.4.9 Verformung, Verschiebung

5.4.10 Rückstoßkräfte, Lagerkräfte

5.4.11 Ergebnisprotokoll

5.4.12 Bericht

6 Parametrische FEM-Studien

6.1 Das parametrische Bauteil

6.2 Vorbereitung der parametrischen FE-Analyse

6.2.1 Die parametrische Tabelle

6.3 Die parametrische Simulation

6.4 Parametrische Ergebnisse

6.5 Das Modell anpassen

7 Modal- oder Eigenfrequenzanalyse

7.1 Eine Modalanalyse durchführen

7.2 Ein zweites Beispiel

8 Stimmgabel 440 Hz entwerfen

8.1 Die Konstruktion

8.2 Die Belastungsanalyse

8.2.1 Netzverfeinerung

8.2.2 Die erste Simulation

8.3 Frequenzermittlung iterativ

8.4 Frequenzermittlung mit parametrischer Tabelle

9 FEM an Schweißbaugruppen

9.1 Erstes Beispiel

9.1.1 Die Baugruppe

9.1.2 Die Schweißverbindung

9.1.3 Die Vorbereitung der Belastungssimulation

9.1.4 Kontakte überprüfen

9.1.5 Die Simulation

9.2 Zweites Beispiel

9.2.1 Die Schweißkonstruktion

9.2.2 Simulation vorbereiten

9.2.3 Kontakte kontrollieren

9.2.4 Die Simulation

9.2.5 Sicherheitsfaktor

9.3 Punktschweißen

9.3.1 Die Punktschweißung im Beispiel

9.3.2 Die Simulation vorbereiten

9.3.3 Kontakte bearbeiten

9.3.4 Die Simulation

10 Die Materialbibliothek

10.1 Der Stil- und Normen-Editor

10.2 Material

10.2.1 Übersicht

10.2.2 Werkstoffkennwerte und Einheiten

10.2.3 Farbstil der Werkstoffe

10.3 Import und Export von Stilen

10.4 Ein neues Material einfügen

10.4.1 Die Stilbibliothek bearbeiten

10.5 Farbstile editieren

10.6 Beleuchtungen einstellen

10.7 Bewegung im Inventor Studio

10.8 Problematische Materialien in der FEM

10.8.1 Beispiel Silentblock

10.9 Nicht in der FE-Analyse verwendbare Werkstoffe

10.9.1 Polymere Werkstoffe

10.9.2 Verbundwerkstoffe

10.10 Bauteile mit großen Verformungen

11 Einfache Bewegungssimulationen

11.1 Baugruppen von Hand bewegen

11.2 Automatische Bewegung in der Baugruppe

11.3 Bewegung in der Präsentation

11.3.1 Eine Präsentation erstellen

11.3.2 Die automatische Explosionsmethode

11.3.3 Die manuelle Explosion

11.4 Die Präsentationsanimation von Schrauben

11.4.1 Eine neue Präsentation erstellen

11.4.2 Komponentenpositionen

11.4.3 Die Schraubenbewegung animieren, der Film geht ab

11.5 Bewegung im Inventor Studio

11.5.1 Die Inventor Studio-Arbeitsumgebung

11.6 Beispiel einer Studio-Animation

11.6.1 Vorbereitung der Animation

11.6.2 Abhängigkeit animieren

11.6.3 Die Ablaufsteuerung

11.6.4 Animation aufzeichnen

12 Die dynamische Simulationsumgebung

12.1 Die Arbeitsumgebung

12.1.1 Funktionsgruppe Verbindung

12.1.2 Funktionsgruppe Laden

12.1.3 Funktionsgruppe Ergebnisse

12.1.4 Funktionsgruppe Animieren

12.1.5 Funktionsgruppe Verwalten

12.1.6 Funktionsgruppe Belastungsanalyse

12.1.7 Funktionsgruppe Beenden

12.2 Der Objektbrowser in der dynamischen Simulation

12.3 Bewegliche Gruppen einfärben

12.4 Beschreibung der Gelenkarten

12.4.1 Normgelenk

12.4.2 Abhängigkeiten und Gelenke

12.4.3 Vordefinierte Gelenke

12.5 Gelenkeinfügungsarten

12.5.1 Gelenkeinfügung von Hand, die Funktion Gelenk einfügen

12.5.2 Gelenk aus Abhängigkeit erzeugen, die Funktion Abhängigkeiten

12.5.3 Automatische Gelenkdefinition

12.6 Eigenschaften der Normverbindung bearbeiten

12.6.1 Registerkarte Allgemein

12.6.2 Registerkarte Freiheitsgrad x (R/T)

12.7 Gelenkkräfte, Steifigkeit und Dämpfung

12.7.1 Nichts ist starr

12.7.2 Steifigkeit und Dämpfung - der Sprungbretteffekt

12.7.3 Inventor ist ein Starrkörpersystem

12.7.4 Inventor ist elastisch?

12.7.5 Steifigkeit

12.7.6 Dämpfung

12.8 Gelenkeigenschaften

12.8.1 Anfangsbedingungen bearbeiten

12.8.2 Gelenkdrehmoment bzw. Gelenkkraft bearbeiten

12.8.3 Festgelegte Bewegung bearbeiten

12.9 Das Eingabediagramm

12.9.1 Die Diagrammfläche

12.9.2 Sektor-Optionen

12.9.3 Start- und Endpunkt

12.9.4 Funktionsdefinitionen speichern und laden

12.9.5 Referenzachsen bestimmen

13 Pendelklappe mit Schwerkraft

13.1 Die Bauteile und die Baugruppe

13.2 Die dynamische Simulation starten

13.3 Schwerkraft definieren

13.4 Die erste Simulation

13.5 Einen 3D-Kontakt einfügen

13.6 Die zweite Simulation

13.7 Ändern der Pufferdämpfung

13.8 Drehgelenkeigenschaften einstellen

13.9 Das Ausgabediagramm

13.9.1 Die Oberfläche des Ausgabediagramms

13.9.2 Diagrammoptionen

13.9.3 Variable anzeigen

13.9.4 Eine zweite Variable überlagern

13.9.5 Eine neue Kurve erzeugen

13.9.6 Darstellungs- und Wertegenauigkeit

13.9.7 Diagramm und Werte nach Excel exportieren

14 Fliehkraftregler

14.1 Die Baugruppe

14.2 Baugruppe bewegen

14.3 Die dynamische Simulation

14.3.1 Überbestimmungen

14.3.2 Der Objektbrowser

14.4 Der Antrieb

14.4.1 Antriebsmoment

14.4.2 Dämpfung

14.4.3 Reibung

14.5 Die Vertikalbewegung der unteren Gleitbuchse

14.5.1 Die Rotation

14.6 Andere Gelenke mit Reibwerten versehen

14.7 Die Simulation

14.8 Das Ausgabediagramm

14.8.1 Rotationsgeschwindigkeit interpretieren

14.8.2 Schwingungen untersuchen

14.9 Feder einfügen

14.10 Simulation mit eingebauter Feder

14.11 Kurven im Ausgabediagramm bearbeiten

14.12 Export nach FEM und FE-Analyse von Bauteilen

14.12.1 Die Vorbereitung

14.12.2 Zeitschritt auswählen

14.12.3 Bauteile zur FE-Analyse auswählen

14.12.4 Überbestimmte Bauteile heilen

14.12.5 In die Belastungsanalyse wechseln

14.12.6 Die Belastungsanalysen

14.12.7 Fazit

15 Spielerei mit einem Ball

15.1 Die Bauteile und die Konstruktion

15.2 Die Simulationsumgebung

15.2.1 Feder einfügen

15.2.2 Schwerkraft definieren

15.2.3 Der Ball benötigt Gelenke

15.2.4 Der Objektbrowser

15.3 Die Simulation

15.3.1 Starres Abprallen

16 Kurbelschwinge

16.1 Die Funktion

16.2 Die Bauteile

16.3 Die Abhängigkeiten

16.4 Nach Abhängigkeit bewegen

16.5 Vorbereitung der Simulation

16.5.1 Nichts geht mehr

16.5.2 Geht doch!

16.5.3 Der Antrieb

16.6 Die erste Simulation

16.7 Schiebegelenk einfügen

16.8 Die zweite Simulation

16.9 Schwerkraft und Reibung

16.9.1 Schwerkraft

16.9.2 Reibungswerte und Kraftübertragung

16.9.3 Beidseitige Kraftübertragung an der Schwinge

16.9.4 Gelenkreibungen der Drehgelenke

16.9.5 Startposition

16.10 Die dritte Simulation und das Ausgabediagramm

16.10.1 Das Ausgabediagramm

16.11 Externe Kraft einfügen

16.12 Die vierte Simulation und das Ausgabediagramm

16.13 Spur aufzeichnen

17 Kurbelschwinge-Schiebevorrichtung

17.1 Die Bauteile

17.2 Die Funktion

17.3 Gelenke einfügen

17.3.1 Zylindrisches Schiebegelenk

17.3.2 Punkt-Ebene-Gelenk

17.3.3 Druckfeder

17.4 Die erste Simulation

17.5 Status des Mechanismus

17.6 Redundante Abhängigkeiten

17.6.1 Redundanz hinzufügen

17.6.2 Redundanz untersuchen

17.7 Gelenkdrehmoment aktivieren

17.8 Die zweite Simulation

17.9 Externe Belastung

17.9.1 Externe Kraft definieren

17.9.2 Antriebsmoment anpassen

17.9.3 Die dritte Simulation

17.10 Export nach FEM

17.11 Die FE-Analyse der Schwinge

18 Kurbelschwinge, die Dritte

18.1 Die Bauteile

18.2 Die Baugruppe

18.3 Die Simulationsumgebung

18.4 Gelenke einfügen

18.4.1 Räumliches Gelenk

18.4.2 3D-Kontakte

18.5 Reibung definieren

18.6 Die Simulation

19 Hubkolben-Triebwerk

19.1 Die Baugruppe

19.2 Die Simulationsumgebung

19.2.1 Schwerkraft definieren

19.2.2 Gelenke überprüfen und bearbeiten

19.2.3 Gelenk Zylindrisch:1, Zylinder – Kolben

19.2.4 Gelenk Drehung:2, Rillenkugellager - Kurbelwelle

19.2.5 Gelenke an den Sicherungsringen

19.2.6 Gelenke am Pleuel

19.3 Die erste Simulation

19.4 Antrieb durch den Kolben

19.4.1 Externe Kraft wirken lassen

19.4.2 Externe Kraft definieren

19.4.3 Kraft im Eingabediagramm definieren

19.5 Die zweite Simulation

19.5.1 Das Ausgabediagramm

19.6 Lastmoment hinzufügen

19.7 Kraftkomponenten auswerten

19.8 Variante mit Feder

19.8.1 Festgelegte Bewegung aktivieren

19.8.2 Feder einfügen

19.9 Die dritte Simulation

19.10 Das Ausgabediagramm

19.11 Export nach FEM

19.12 Die FE-Analyse der Kurbelwelle

19.13 Kolben exportieren

19.14 Die FE-Analyse des Kolbens

19.14.1 Netzeinstellungen verändern

19.14.2 Maximalspannung suchen

19.14.3 Verformungen des Kolbens

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