Fem-Anwendungen: Statik-, Dynamik- Und Potenzialprobleme Mit Professioneller Software Lösen

ISBN-13: 9783642625640 / Niemiecki / Miękka / 2013 / 429 str.

P. Groth

Opis

Dieses Werk orientiert sich an den Bedurfnissen von Praktikern in Maschinenbau und Bauwesen sowie Studenten in anwendungsorientierten Studiengangen. Naturlich wird in die Grundlagen eingefuhrt, der Schwerpunkt liegt jedoch in der Vermittlung des Lehrstoffes anhand von Beispielen. Alle Beispiele wurden von Nicht-Experten durchgerechnet und auf Nachvollziehbarkeit gepruft. Der Autor des Werks ist einer der Entwickler des professionellen FEM-Programms, dessen Trainingsversion auf CD-ROM beiliegt. Beginnend mit der Installation wird der Anwender Schritt fur Schritt mit dem Programm bekannt gemacht. Ausserdem befinden sich auf der CD-ROM Auswertungen von FEM-Analysen in Farbe. Das didaktische Konzept dieses Werks sorgt dafur, dass nicht nur fachliche Inhalte, sondern auch Anwendungserfahrung und ein Gefuhl fur die Moglichkeiten und Schwierigkeiten der FEM-Berechnungen vermittelt werden

Spis treści

1 Die FEM.- 1.1 Geschichtliches über die Anwendung.- 1.2 Grundlagen der Modellbildung — Modellierung.- 1.3 Für welchen Anwender geeignet? — Anwender A und B.- 1.4 Intelligentes FEM-Programm = Qualitätssicherung.- 1.4.1 Ursachen für Anwenderprobleme mit der FEM.- 1.4.2 Reduzierung dieser Probleme — die Benutzerschale.- 1.4.3 Erkennen des Problems 1.- 1.4.4 Erkennen des Problems 2.- 1.4.5 Erkennen des Problems 3.- 1.5 Weitere Prüfungen zur Qualitätssicherung.- 1.6 Das Protokollfile.- 1.7 Programmsteuerung über Optionsauswahl — das Optionfile.- 2 Die verschiedenen Anwendungsgebiete der FEM.- 2.1 Lineare Statik.- 2.1.1 Mögliche Materialeigenschaften.- 2.1.2 Zur Formulierung des Rechenmodells.- 2.2 Nichtlineare Statik.- 2.2.1 Iterationsmethoden.- 2.2.2 Mögliche Materialeigenschaften.- 2.2.3 Zur Formulierung des Rechenmodells.- 2.3 Stabilitätsprobleme.- 2.3.1 Mögliche Materialeigenschaften.- 2.3.2 Zur Formulierung des Rechenmodells.- 2.4 Lineare und nichtlineare Dynamik.- 2.4.1 Lösung von Schallproblemen, Akustik.- 2.4.2 Mögliche Materialeigenschaften.- 2.4.3 Zur Formulierung des Rechenmodells.- 2.5 Stationäre und instationäre Potenzialprobleme.- 2.5.1 Analogie der Potenzialprobleme.- 2.5.2 Grundlagen der stationären Potenzialprobleme.- 2.5.3 Zur Formulierung des Rechenmodells.- 2.5.4 Mögliche nichtlineare Magnetfeldmodelle.- 2.5.5 Grundlagen der instationären Potenzialprobleme.- 3 Die in den Beispielen verwendeten Elemente des FEM-Programms.- 3.1 Allgemeine Definitionen — Anordnung der Zwischenknoten.- 3.2 Flächenelemente.- 3.2.1 Beanspruchungsarten bei Flächenelementen.- 3.2.2 Drei- und viereckiges Flächenelement mit linearem oder quadratischem Verschiebungsansatz.- 3.3 Raumelemente mit linearem oder quadratischem Verschiebungsansatz.- 3.4 Stabelemente.- 3.4.1 Beschreibung der Stabquerschnittswerte — Property.- 3.4.2 Aussteuerung von Schnittgrößen.- 3.4.3 Stabelementrandbedingungen (Gelenke, Federn usw.).- 3.4.4 Stabelement mit konstantem oder geometrisch linear veränderlichem Querschnitt.- 3.4.5 Stabelement mit exzentrischem Knotenanschluss und Wölbkrafttorsion.- 3.5 Grundsätzliches zur Elementbeschreibung.- 3.6 Elementqualität.- 3.6.1 Überprüfung der Elementqualität am Balkenmodell.- 3.6.2 Membranelement als Balken.- 3.6.3 Plattenelement als Balken.- 3.6.4 Raumelement als Balken.- 3.6.5 Übersicht; Balkentest für alle Elemente.- 4 Der Einstieg in die FEM durch einfache Beispiele.- 4.1 Das Modell ingo.- 4.2 Ein erstes Beispiel aus der linearen Statik mit Raumelementen.- 4.2.1 Starten des Preprozessors FEMAP.- 4.2.2 Die Geometriebeschreibung (ingog).- 4.2.3 Material- und Property-Definition.- 4.2.4 Netzerstellung 1. Schritt, rechte Hälfte.- 4.2.5 Netzerstellung 2. Schritt, Spiegelung (ingof).- 4.2.6 Netzerstellung letzter Schritt, Raumelemente (ingor).- 4.2.7 Modell abschließen, Randbedingungen und Belastung.- 4.2.8 Starten des FEM-Programms TP2000.- 4.2.9 Verfolgen des Rechenablaufs von TP2000 am Bildschirm.- 4.2.10 Optionen ändern; Zwischenknoten einfügen.- 4.3 Wiederholung des ersten Beispiels mit realitätsgetreuer Belastung.- 4.4 Ausgabedaten des FEM-Programms, das Protokollfile ingor1 -s.prt.- 4.5 Beispiel aus der linearen Statik mit Schalenelementen (ingos).- 4.6 Beispiel aus der linearen Statik mit Membranelementen (ingom).- 4.6.1 Lastfall 1 ohne Kontaktanalyse; Vergleich Raum-, Schalen- und Membranelement.- 4.6.2 Lastfall 1 mit Kontaktanalyse ohne Reibung (ingomk).- 4.6.3 Lastfall 1 mit Kontaktanalyse mit Reibung.- 4.7 Beispiel aus der linearen Statik mit rotationssymmetrischen Elementen (ingort).- 4.8 Beispiel aus der nichtlinearen Statik mit rot.symm. Elementen mit Fließgesetz und großen Verformungen (ingorn).- 4.9 Beispiel aus der nichtlinearen Statik mit rot.symm. Elementen, Gummimaterial und Kontakt gegen starren Rand (ingorg).- 4.10 Beispiel aus der Stabilität mit Schalenelementen, Berechnung der kritischen Beullasten und-formen (ingoss).- 4.11 Beispiel aus der linearen Dynamik mit rot.symm. Elementen, Berechnung der unteren Eigenfrequenzen und -formen (ingord).- 4.12 Der Einfluss der Vorspannung in der Dynamik.- 4.13 Beispiel aus der linearen Dynamik mit rot.symm. Elementen, Vergleich statische Last mit Stoßbelastung (ingors).- 4.14 Beispiel aus der linearen Dynamik mit Schalenelementen, mit Fußpunkterregung = Erdbeben (ingoeb).- 4.15 Beispiel aus der linearen Dynamik mit Membranelementen, Beispiel ingom als Akustikproblem (ingoak).- 4.16 Beispiel aus stationären Potenzialproblemen mit rot.symm. Elementen, Temperaturverteilung mit Statik (ingorp).- 4.17 Beispiel aus instationären Potenzialproblemen mit rot.-symm. Elementen, zeitabhängige Erwärmung; mit Statik (ingori).- 4.18 Beispiel aus stationären Potenzialproblemen mit rot.symm. Elementen, Magnetfeldberechnung (ingorm).- 5 Spezielle, praxisnahe Beispiele.- 5.1 Beispiel aus der linearen Statik mit Stabelementen, einfacher Kran (kran).- 5.1.1 Ziel dieser Aufgabe.- 5.1.2 Eigenschaften von Stabelementen.- 5.1.3 Einführungsbeispiel Teleskopmast.- 5.1.4 Das Drehgestell mit Kugeldrehkranzverbindung.- 5.1.5 Der Turm.- 5.1.6 Der Ausleger mit Abspannstützen.- 5.1.7 Verbindungselemente — Seile, Bolzen, Stangen.- 5.1.8 Randbedingungen, Eigengewichtsbelastung.- 5.1.9 Bestimmung der Gewichte, Massenschwerpunkt.- 5.1.10 Verkehrslasten, das erste Rechenergebnis.- 5.1.11 Kraftverteilung im Drehkranz.- 5.1.12 Untersuchung beliebiger Auslegerstellungen, Windlast.- 5.1.13 Kritische Lastfallkombination nach „Theorie 2. Ordnung“.- 5.1.14 Dynamische Analyse, Standsicherheitsnachweis bei Erdbeben.- 5.2 Beispiel aus der Medizintechnik, Spannungsverteilung im Oberschenkelknochen (knoch).- 5.3 Ein Beispiel aus der Mikrosystemtechnik, Verformung und Spannungsverteilung in einem Sensor (sensor).- 5.4 Kragträger aus Stabelementen mit Wölbkrafttorsion (woelb).- 6 Weitere wichtige und nützliche Funktionen des FEM-Programms.- 6.1 Rotationssymmetrische Elemente mit allgemeiner Belastung (Fourier-Element).- 6.1.1 Allgemeine Belastung bei Fourier-Elementen.- 6.1.2 Standardrandbedingungen.- 6.1.3 Knotensonderrandbedingungen (Fourier).- 6.1.4 Stabelementsonderrandbedingungen (Fourier).- 6.1.5 Mögliche Belastungen bei Fourier-Elementen.- 6.1.6 Eingabe der Belastung bei Fourier-Elementen.- 6.1.7 Kontrolle über Fourier-Synthese.- 6.1.8 Ergebnisausgabe bei Fourier-Elementen.- 6.1.9 Anwendung der Fourier-Elemente.- 6.2 Laminatelemente.- 6.2.1 Vergleichsspannungen bei Laminatelementen, Reservefaktor R.F..- 6.2.2 Zusatzeingabe für Laminatelemente.- 6.2.3 Anwendung der Laminatelemente.- 6.3 Wichtige Warnungen am Bildschirm, was ist zu tun?.- 7 Installationsanleitung und Trainingsmanual WTP.- 7.1 Hardwareanforderungen.- 7.2 WTP2000 Trainingsversion.- 7.3 Trademark Informatioa.- 7.4 Installation des FEM-Programms TP2000.- 7.4.1 Installationsverzeichnis.- 7.4.2 Installation.- 7.5 Installation von FEMAP (Demoversion).- 7.5.1 FEMAP-Voreinstellungen; Materialdatenbank.- 7.5.2 Installation und Anwendung der Materialdatenbank.- 7.5.3 FEMAP Interfaces.- 7.6 Vollversion von WTP2000.- 7.6.1 Installation der Vollversion von TP2000.- 7.6.2 Installation der Vollversion von FEMAP.- 7.7 WTP2000 Dokumentation und Hilfe.- 7.8 Ihre erste FEM-Berechnung mit WTP2000.- 7.8.1 Die ersten Schritte mit WTP2000 Balkenmodell.- 7.8.2 Erzeugung des Finite-Elemente-Modells in FEMAP (Preprocessing).- 7.8.3 FEM-Berechnung mit WTP2000.- 7.8.4 Darstellung der Berechnungsergebnisse mit FEMAP (Postprocessing).- 7.9 Beispiel 1: Schalenmodell.- 7.9.1 Erzeugen der Geometrie.- 7.9.2 Definition des Materials und der Property.- 7.9.3 Generierung der Knoten und Elemente (Vernetzung).- 7.9.4 Definition von Randbedingungen und Lasten.- 7.9.5 Modellprüfung.- 7.9.6 FEM-Berechnung mit TP2000.- 7.9.7 Darstellung der Berechnungsergebnisse mit FEMAP (Postprocessing).- 7.9.8 Ergebnisdiskussion.- 7.10 Beispiel 2: Volumenmodell.- 7.10.1 Voreinstellungen.- 7.10.2 Erzeugung der Geometrie.- 7.10.3 Definition von Randbedingungen und Lasten.- 7.10.4 Automatische Vernetzung.- 7.10.5 FEM-Berechnung.- 7.10.6 Auswertung und Darstellung der Berechnungsergebnisse.- 8 Das Übungsprogramm WTP2000.- 8.1 Leistungsumfang WTP2000 Version 6..- 8.1.1 Für den AnwenderA.- 8.1.2 Für den Anwender B zusätzlich.- 8.2 DasWTP2000-Optionfile.- 8.3 In WTP2000 verwendete Files.- 8.3.1 Workfiles (DA-Files) der Database.- 8.3.2 Aufbau der Workfiles gemäß Optionfile.- 8.3.3 Verwendung der Workfiles.- 8.3.4 Temporäre TP-Files (sequentielle Files).- 8.3.5 Projektabhängige Files (sequentielle Files).- 8.4 Anhang: Die wichtigsten FEMAP-Menüs in deutsch.- 8.5 Anhang: Verwendete Einheiten.- Literatur.

O autorze

Dieses Buch stammt aus der Feder eines der Pioniere der praktischen Einführung der Finite-Element-Methode in Deutschland. Es orientiert sich konsequent an den Bedürfnissen von Praktikern in Maschinenbau und Bauwesen sowie Studenten in anwendungsorientierten Studiengängen. Natürlich wird in die Grundlagen eingeführt, der Schwerpunkt liegt jedoch in der Vermittlung des Lehrstoffes anhand von Beispielen mit Hilfe der beiliegenden Trainingsversion des vom Autor entwickelten FEM-Programmes. Alle Beispiele wurden von Nicht-Experten durchgerechnet und auf Nachvollziehbarkeit geprüft.

Blurb

Dieses Werk orientiert sich an den Bedürfnissen von Praktikern in Maschinenbau und Bauwesen sowie Studenten in anwendungsorientierten Studiengängen. Natürlich wird in die Grundlagen eingeführt, der Schwerpunkt liegt jedoch in der Vermittlung des Lehrstoffes anhand von Beispielen. Alle Beispiele wurden von Nicht-Experten durchgerechnet und auf Nachvollziehbarkeit geprüft. Der Autor des Werks ist einer der Entwickler des professionellen FEM-Programms, dessen Trainingsversion auf CD-ROM beiliegt. Beginnend mit der Installation wird der Anwender Schritt für Schritt mit dem Programm bekannt gemacht. Außerdem befinden sich auf der CD-ROM Auswertungen von FEM-Analysen in Farbe. Das didaktische Konzept dieses Werks sorgt dafür, dass nicht nur fachliche Inhalte, sondern auch Anwendungserfahrung und ein Gefühl für die Möglichkeiten und Schwierigkeiten der FEM-Berechnungen vermittelt werden.