Titelei
Impressum
Inhalt
Teil I Digital Prototyping
1 Einführung
1.1 Autodesk Inventor
1.2 Die Grenzen der Simulation
1.3 Was fehlt
1.4 Inventor-Schnittstellen
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 Übungsdateien und Videos auf DVD
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
Teil II Oberflächenanalysen und Grundlagen
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 Die Materialbibliothek
5.1 Der Materialien-Browser
5.2 Mit Materialien und Darstellungen arbeiten
5.2.1 Übersicht
5.3 Eine eigene Bibliothek mit neuen Materialien erstellen
5.3.1 Eigene Bibliothek und eigene Kategorien erstellen
5.3.2 Ein neues Material definieren
5.4 Problematische Materialien in der FEM
5.4.1 Beispiel: Silentblock
5.4.2 Material ohne Kennwerte
5.5 Nicht in der FE-Analyse verwendbare Werkstoffe
5.5.1 Polymere Werkstoffe
5.5.2 Verbundwerkstoffe
5.6 Bauteile mit großen Verformungen
Teil III Grundlagen und Anwendungsbeispiele der Finiten-Elemente-Methode
6 FEM
6.1 FEM, allgemein
6.2 Konvergenz
6.2.1 Maximale Anzahl der H-Verfeinerungen
6.2.2 Stopp-Bedingung
6.2.3 Schwellenwert für H-Verfeinerungen
6.2.4 Konvergenz-Plots
6.2.5 Beispiel: Konvergenzeinstellungen und Auswirkung
6.3 Das FEM-Netz
6.3.1 Netzeinstellungen
6.3.2 Lokale Netzsteuerung
6.3.3 Allgemeine Richtlinien für die Netzerstellung
6.3.4 Netzgenerierungen und Simulationen mit dünnen Bauteilen
6.4 Abhängigkeiten, Einspannungen
6.5 Lasten und Lastangriffsfälle
6.5.1 Lastarten
6.5.2 Lastangriffsfälle
6.6 Beispiel einer einfachen vollständigen FE-Analyse
6.6.1 Das Bauteil und seine Eigenschaften
6.6.2 Funktion des Bauteils
6.6.3 Die erste Simulation erstellen
6.6.4 Das Bauteil einspannen
6.6.5 Trennen von Bauteilflächen
6.6.6 Das Bauteil belasten
6.6.7 Das Bauteilnetz
6.6.8 Simulation ausführen
6.6.9 Anpassung der Gestalt (Gestaltfestigkeit)
6.6.10 Materialanpassung
6.6.11 Hauptspannungen
6.6.12 Verformung, Verschiebung
6.6.13 Rückstoßkräfte, Lagerkräfte
6.6.14 Ergebnisprotokoll
6.6.15 Bericht
7 Rückstoßkraft und Kraftermittlung über Verformungen
7.1 Beispiel: Rückstoßkraft ermitteln
7.2 Verformungskraft ermitteln
7.3 Fehlerbetrachtung
8 Parametrische FEM-Studien
8.1 Das parametrische Bauteil
8.2 Vorbereitung der parametrischen FE-Analyse
8.2.1 Die parametrische Tabelle
8.3 Die parametrische Simulation
8.4 Parametrische Ergebnisse
8.5 Das Modell anpassen
9 FEM an dünnen Bauteilen
9.1 Beispiel: Blechtraverse
9.2 Simulation als normaler Körper
9.3 Simulation als dünnwandiges Bauteil
10 Modal- oder Eigenfrequenzanalyse
10.1 Eine Modalanalyse durchführen
10.2 Ein zweites Beispiel
11 Stimmgabel 440 Hz entwerfen
11.1 Die Konstruktion
11.2 Die Belastungsanalyse
11.2.1 Netzverfeinerung
11.2.2 Die erste Simulation
11.3 Frequenzermittlung iterativ
11.4 Frequenzermittlung mit parametrischer Tabelle
12 FEM an Schweißbaugruppen
12.1 Erstes Beispiel
12.1.1 Die Baugruppe
12.1.2 Die Schweißverbindung
12.1.3 Die Vorbereitung der Belastungssimulation
12.1.4 Kontakte überprüfen
12.1.5 Die Simulation
12.2 Zweites Beispiel
12.2.1 Die Schweißkonstruktion
12.2.2 Simulation vorbereiten
12.2.3 Kontakte kontrollieren
12.2.4 Die Simulation
12.2.5 Sicherheitsfaktor
12.3 Punktschweißen
12.3.1 Die Punktschweißung im Beispiel
12.3.2 Die Simulation vorbereiten
12.3.3 Kontakte bearbeiten
12.3.4 Die Simulation
Teil IV Einfache Bewegungssimulationen und Baugruppenvereinfachung
13 Einfache Bewegungssimulationen
13.1 Baugruppen von Hand bewegen
13.2 Automatische Bewegung in der Baugruppe
13.3 Bewegung in der Präsentationsumgebung
13.3.1 Eine Präsentation erstellen
13.3.2 Die Präsentationsfunktionen
13.4 Die Präsentationsanimation von Schrauben
13.4.1 Komponentenpositionen
13.5 Bewegung im Inventor Studio
13.5.1 Die Inventor Studio-Arbeitsumgebung
13.6 Beispiel einer Studio-Animation
13.6.1 Vorbereitung der Animation
13.6.2 Abhängigkeit animieren
13.6.3 Die Ablaufsteuerung
13.6.4 Animation aufzeichnen
14 Bauteil- bzw. Baugruppenvereinfachung
14.1 Beispiel: Kurbeltrieb
14.2 Detailgenauigkeit erstellen
14.3 Bauteile mit vereinfachtem Bauteil ersetzen
Teil V Die dynamische Simulation anhand zahlreicher Beispiele
15 Die dynamische Simulationsumgebung
15.1 Die Arbeitsumgebung
15.1.1 Funktionsgruppe Verbindung
15.1.2 Funktionsgruppe Laden
15.1.3 Funktionsgruppe Ergebnisse
15.1.4 Funktionsgruppe Animieren
15.1.5 Funktionsgruppe Verwalten
15.1.6 Funktionsgruppe Belastungsanalyse
15.1.7 Funktionsgruppe Beenden
15.2 Der Objektbrowser in der dynamischen Simulation
15.3 Bewegliche Gruppen einfärben
15.4 Beschreibung der Gelenkarten
15.4.1 Normgelenk
15.4.2 Abhängigkeiten und Gelenke
15.4.3 Vordefinierte Gelenke
15.5 Gelenkeinfügungsarten
15.5.1 Gelenkeinfügung von Hand: die Funktion Gelenk einfügen
15.5.2 Gelenk aus Abhängigkeit erzeugen: die Funktion Abhängigkeiten ableiten
15.5.3 Automatische Gelenkdefinition
15.6 Eigenschaften der Normverbindung bearbeiten
15.6.1 Registerkarte Allgemein
15.6.2 Registerkarte Freiheitsgrad x (R/T)
15.7 Gelenkkräfte, Steifigkeit und Dämpfung
15.7.1 Nichts ist starr ‒ alles ist Gummi!
15.7.2 Steifigkeit und Dämpfung ‒ der Sprungbretteffekt
15.7.3 Inventor ist ein Starrkörpersystem
15.7.4 Inventor ist elastisch?
15.7.5 Steifigkeit
15.7.6 Dämpfung
15.8 Gelenkeigenschaften
15.8.1 Anfangsbedingungen bearbeiten
15.8.2 Gelenkdrehmoment bzw. Gelenkkraft bearbeiten
15.8.3 Festgelegte Bewegung bearbeiten
15.9 Das Eingabediagramm
15.9.1 Die Diagrammfläche
15.9.2 Sektor-Optionen
15.9.3 Start- und Endpunkt
15.9.4 Funktionsdefinitionen speichern und laden
15.9.5 Referenzachsen bestimmen
16 Pendelklappe mit Schwerkraft
16.1 Die Bauteile und die Baugruppe
16.2 Die dynamische Simulation starten
16.3 Schwerkraft definieren
16.4 Die erste Simulation
16.5 Einen 3D-Kontakt einfügen
16.6 Die zweite Simulation
16.7 Ändern der Pufferdämpfung
16.8 Drehgelenkeigenschaften einstellen
17 Das Ausgabediagramm
17.1 Die Oberfläche des Ausgabediagramms
17.2 Diagrammoptionen
17.3 Variable anzeigen
17.4 Eine zweite Variable überlagern
17.5 Nullpunktverschiebung
17.6 Darstellungs- und Wertegenauigkeit
17.7 Diagramm und Werte nach Excel exportieren
18 Fliehkraftregler
18.1 Die Baugruppenabhängigkeiten
18.2 Baugruppe bewegen
18.3 Die dynamische Simulation
18.3.1 Überbestimmungen
18.3.2 Der Objektbrowser
18.4 Der Antrieb
18.4.1 Antriebsmoment
18.4.2 Dämpfung
18.4.3 Reibung
18.5 Die Vertikalbewegung der unteren Gleitbuchse
18.5.1 Die Rotation
18.6 Andere Gelenke mit Reibwerten versehen
18.7 Die Simulation
18.8 Das Ausgabediagramm
18.8.1 Rotationsgeschwindigkeit interpretieren
18.8.2 Schwingungen untersuchen
18.9 Feder einfügen
18.10 Simulation mit eingebauter Feder
18.11 Kurven im Ausgabediagramm bearbeiten
18.12 Export nach FEM und FE-Analyse von Bauteilen
18.12.1 Die Vorbereitung
18.12.2 Zeitschritt auswählen
18.12.3 Bauteile zur FE-Analyse auswählen
18.12.4 Überbestimmte Bauteile heilen
18.12.5 In die Belastungsanalyse wechseln
18.12.6 Die Belastungsanalysen
18.12.7 Fazit
19 Spielerei mit einem Ball
19.1 Die Bauteile und die Konstruktion
19.2 Die Simulationsumgebung
19.2.1 Feder einfügen
19.2.2 Schwerkraft definieren
19.2.3 Der Ball benötigt Gelenke
19.2.4 Der Objektbrowser
19.3 Die Simulation
19.3.1 Starres Abprallen
20 Kurbelschwinge
20.1 Die Funktion
20.2 Die Bauteile
20.3 Die Abhängigkeiten
20.4 Nach Abhängigkeit bewegen
20.5 Vorbereitung der Simulation
20.5.1 Nichts geht mehr
20.5.2 Geht doch!
20.5.3 Der Antrieb
20.6 Die erste Simulation
20.7 Schiebegelenk einfügen
20.8 Die zweite Simulation
20.9 Schwerkraft und Reibung
20.9.1 Schwerkraft
20.9.2 Reibungswerte und Kraftübertragung
20.9.3 Beidseitige Kraftübertragung an der Schwinge
20.9.4 Gelenkreibungen der Drehgelenke
20.9.5 Startposition
20.10 Die dritte Simulation und das Ausgabediagramm
20.10.1 Das Ausgabediagramm
20.11 Externe Kraft einfügen
20.12 Die vierte Simulation und das Ausgabediagramm
20.13 Spur aufzeichnen
21 Schiebevorrichtung
21.1 Die Bauteile
21.2 Die Funktion
21.3 Gelenke einfügen
21.3.1 Zylindrisches Schiebegelenk
21.3.2 Punkt-Ebene-Gelenk
21.3.3 Druckfeder
21.4 Die erste Simulation
21.5 Status des Mechanismus
21.6 Redundante Abhängigkeiten
21.6.1 Redundanz hinzufügen
21.6.2 Redundanz untersuchen
21.7 Gelenkdrehmoment aktivieren
21.8 Die zweite Simulation
21.9 Externe Belastung
21.9.1 Externe Kraft definieren
21.9.2 Antriebsmoment anpassen
21.9.3 Die dritte Simulation
21.9.4 Das Ausgabediagramm
21.10 Export nach FEM
21.11 Die FE-Analyse der Schwinge
22 Kurbelschwinge, die Dritte
22.1 Die Bauteile
22.2 Die Baugruppe
22.3 Die Simulationsumgebung
22.4 Gelenke einfügen
22.4.1 Räumliches Gelenk
22.4.2 3D-Kontakte
22.5 Reibung definieren
22.6 Die Simulation
23 Hubkolben-Triebwerk
23.1 Die Baugruppe
23.2 Die Simulationsumgebung
23.3 Untersuchung der Redundanz
23.3.1 Status des Mechanismus
23.3.2 Schwerkraft definieren
23.3.3 Gelenke überprüfen und bearbeiten
23.4 Die erste Simulation
23.5 Zweites Beispiel: Antrieb durch den Kolben
23.5.1 Externe Kraft wirken lassen
23.5.2 Externe Kraft definieren
23.5.3 Kraft im Eingabediagramm definieren
23.6 Die zweite Simulation
23.6.1 Das Ausgabediagramm
23.7 Beispiel: Verbrennungsmotor
23.7.1 Lastmoment hinzufügen
23.7.2 Zyklischen Antrieb hinzufügen
23.7.3 Die Simulation
23.8 Variante mit Feder
23.8.1 Festgelegte Bewegung aktivieren
23.8.2 Feder einfügen
23.8.3 Die Simulation
23.8.4 Das Ausgabediagramm
23.9 Export nach FEM
23.9.1 Die FE-Analyse der Kurbelwelle
23.9.2 Die FE-Analyse des Kolbens
Günter Scheuermann
Simulationen mit Inventor
FEM und dynamische Simulation Grundlagen und Beispiele ab Version 2017
Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht.
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©2015 Carl Hanser Verlag München
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Lektorat: Julia Stepp
Herstellung: Cornelia Rothenaicher
Umschlagkonzept: Marc MüllerBremer, www.rebranding.de, München
Umschlagrealisation: Stephan Rönigk
ISBN 978-3-446-45012-7
E-Book ISBN 978-3-446-45013-4
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| Teil I Digital Prototyping |
Dieser Teil des Buches erhält eine allgemeine Einführung in die Simulation, Versions- und Installationshinweise, Informationen über die Grenzen der Inventor-Simulation und einen Überblick über Digital-Prototyping-Systeme.
Die Inhalte im Überblick:
Einführung, Vorwort
Installation, Systemvoraussetzungen
Digital Prototyping
| 1 | Einführung |
Jeder Konstrukteur kennt die hier gezeigte Grafik und den daraus ablesbaren Zusammenhang, dass Änderungskosten im Entwicklungsprozess eines Produktes immer höher zu Buche schlagen, je weiter die Produktentwicklung, von der Planung bis zum Vertrieb, fortgeschritten ist. Der triviale Umkehrschluss lautet also, dass die Produktoptimierung so früh wie möglich stattfinden muss.
Seit einigen Jahren heißt das Stichwort hierfür Digital Prototyping. Die Entwicklungszeiten sollen dadurch verkürzt, die Kosten gesenkt und die Qualität der Produkte verbessert werden. Die Grundlage dafür stellt dabei ein virtuelles 3D-CAD-Modell dar, an dem mit rechnerischen Methoden, wie kinematische und dynamische Simulation, Finite-Elemente-Methode, Visualisierung, Funktions- und Montagesimulation, sowohl die Werkstoff- und Festigkeitseigenschaften als auch die fertigungs- und die montageseitigen Bedingungen optimiert werden können.
| 1.1 | Autodesk Inventor |
Autodesk Inventor wird in drei Ausstattungsvarianten (Inventor LT, Inventor und Inventor Professional) ausgeliefert, die sich in den Grundlagen der 3D-Konstruktion nicht unterscheiden. Die Professional Version (AIP) beinhaltet alle Module.
Autodesk bietet als komplette Branchenlösungen verschiedene Programm-Pakete (Suites) an, in deren Ultimate-Versionen i.d.R. die Professional Version enthalten ist.
Die Programmversion Autodesk Inventor Professional umfasst neben allen Funktionen der 3D-Konstruktion die verschiedenen Module für die Aufgaben der Simulations- und Festigkeitsanalysen.
Dieses Funktionspaket umfasst:
die Belastungsanalyse für die Bauteil-, Baugruppen-, Gestell(Rahmen)- und Blechumgebungen
die Analyse von Spannungen, Belastungen und Deformationen für statische und dynamische Lasten
die Modalanalyse für die Ermittlung von Eigenfrequenzen und des Schwingungsverhaltens mechanischer Konstruktionen
die Konvertierung aller Baugruppen-3D-Abhängigkeiten (Constrains) in Standardgelenke
eine große Bibliothek mit Bewegungsgelenken
die Möglichkeit, externe Kräfte und Momente zu definieren
die Möglichkeit, Bewegungssimulationen anhand der Position, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und des Drehmoments als Funktion der Zeit erstellen
die Möglichkeit, 3D-Bewegungen mithilfe von Spuren visuell darzustellen
den Export vollständiger Ausgabedaten in Microsoft® Excel®
die Möglichkeit, dynamische und statische Gelenke und Trägheitskräfte in die Autodesk Inventor-Simulation-Belastungsanalyse oder ANSYS Workbench zu übertragen
die Möglichkeit, die Kraft zu berechnen, die erforderlich ist, um eine dynamische Simulation in einen Zustand des statischen Gleichgewichts zu versetzen
die Möglichkeit, die Eigenschaften der Reibung, Dämpfung, Steifigkeit und Elastizität beim Definieren von Gelenken als Funktion der Zeit zu verwenden
die Möglichkeit, die dynamische Bauteilbewegung interaktiv anzuwenden, um dynamische Kräfte auf die Gelenke zu simulieren
ein umfangreiches Reportsystem, mit dem 3D-Volumenplots darzustellen sind, Berichte für alle Ergebnisse und parametrische Studien erstellt werden können
und abschließend den Zugriff auf Inventor Studio, um beispielsweise ein realistisches oder veranschaulichendes Video der Simulation auszugeben oder fotorealistische Bilder oder Grafiken zu produzieren.
All diese Punkte, mit Ausnahme des Exports nach ANSYS, werden Gegenstand der Beispiele und Übungen in diesem Buch sein. Darüber hinaus werden sowohl die theoretischen Grundlagen für das Verständnis der Vorgänge als auch angrenzende Gebiete wie z. B. die Oberflächenanalyse ausreichend behandelt.
| 1.2 | Die Grenzen der Simulation |
Die vielfältigen Möglichkeiten und vor allem die vermeintlich eindeutigen Ergebnisse der verschiedenen Simulations- und Berechnungsraten verführen dazu, die Resultate als absolute und richtige Folgen der Beanspruchungen zu interpretieren.
Man sollte jedoch bei aller Begeisterung über die Einfachheit, mit der man zu diesen Ergebnissen kommt, nicht vergessen, dass es sich um Näherungsverfahren handelt, die immer mehr oder weniger fehlerbehaftet sind.
Die aktuelle Aussage eines Simulationsfachmanns, dass sich „durch den rechtzeitigen Einsatz der modernen Simulationstechnik die Restfehlerquote einer Bauteile-Konstruktion inzwischen auf unter zehn Prozent senken lässt“, beschreibt treffend sowohl die revolutionären Möglichkeiten im Entwicklungsbereich, aber auch die Grenzen dieser Möglichkeiten. Zehn Prozent können den Konstruktionsprozess erheblich beeinflussen.
In vielen diesbezüglichen Kapiteln werden deshalb auch die Grenzen in Bezug auf die Genauigkeit und die möglichen Fehlerquellen genannt.
| 1.3 | Was fehlt |
Die Inventor-Simulation ist eine rein mechanische Simulation, die Bewegungs- und Belastungsvorgänge untersucht.
In der Praxis sind diese Vorgänge jedoch häufig mit thermischen und strömungstechnischen Problemen befrachtet. Das Beispiel eine Turboladers oder einer Gasturbine zeigt die drei wesentlichen Problembereiche, die mit verschiedenen Simulationsarten untersucht werden müssen.
Neben der Stress- und Kinematik-Analyse, die der Inventor recht gut beherrscht, sind
die Strömungsmechanik und
die thermische Simulation (CFD → Computational Fluid Dynamics)
ganz wichtige Bereiche, die in der Konstruktion häufig die mechanische Problematik überlagern.
Simulationspakete, die alle zurzeit möglichen Techniken beherrschen, sind jedoch nicht mehr an CAD-Systeme gekoppelt, sondern sind eigene sehr leistungsfähige und umfangreiche Programme.
| 1.4 | Inventor-Schnittstellen |
Neben den AutoCAD-Dateien können auch Zeichnungen, Modelle und Baugruppen aus anderen CAD-Systemen importiert und im Inventor weiter bearbeitet werden. Je nach Importquelle werden Bauteile jedoch mitunter lediglich als Basisteile ohne den inneren Aufbau importiert.
Der Inventor bringt zu diesem Zweck eine ganze Reihe von Translatoren mit:
|
Translator |
Import |
Export |
|
Alias |
V10 oder höher |
|
|
CATIA V4 |
Alle Versionen |
|
|
CATIA V5 |
R6 ‒ V5-6R2015 |
R10 ‒ V5-6R2015 |
|
Creo Parametric |
1.0; 2.0; 3.0 |
|
|
DWF/DWFx |
6.0 ‒ 7.5 |
7.5 |
|
DWG |
Alle Versionen |
R2000; R2004; R2007; R2010; R2013; R2017 |
|
IDF |
2.0; 3.0 |
|
|
IFC |
IFC 2x3 |
|
|
IGES |
Alle Versionen |
5.3 |
|
JT |
7.0 ‒ 10.0 |
7.0 ‒ 10.0 |
|
NX |
Unigraphics V13 ‒ NX 10 |
|
|
OBJ |
-/- |
-/- |
|
Parasolid |
Bis 28.0 |
9.0 ‒ 28.0 |
|
|
1.6 |
|
|
Pro/ENGINEER |
Bis Wildfire 5.0 |
|
|
Pro/ENGINEER Granite |
Bis 9.0 |
1.0 ‒ 9.0 |
|
Pro/ENGINEER Neutral |
-/- |
-/- |
|
RFA |
R2017 |
|
|
Rhino |
Bis 5.0 |
|
|
RVT |
Bis R2017 |
|
|
SAT |
Bis 7.0 |
7.0 |
|
SolidWorks |
2001 Plus ‒ 2016 |
|
|
STEP |
AP214, AP203E2, AP242 |
AP214, AP203E2, AP242 |
|
STL |
-/- |
-/- |
|
SMT |
Bis ASM222 |
ASM222 |
|
XGL/ZGL |
NV |
| 1.5 | Inventor für Schüler und Studenten |
Für Lehrer, Schüler und Studenten bietet Autodesk die Version Inventor Professional (AIP) sehr günstig an. Für etwas über 100 Euro kann diese beim Inventor-Fachhändler bestellt und bezogen werden. Diese Version ist eine Vollversion, mit der uneingeschränkt gearbeitet werden kann, die jedoch nicht für gewerbliche Zwecke verwendet werden darf. Ähnlich günstig sind für Schulen Klassenraumlizenzen für zehn oder 20 Arbeitsplätze zu bekommen.
| 1.5.1 | Inventor kostenlos? |
Die günstigste, weil kostenlose Möglichkeit, als Schüler/Student mit dem Inventor arbeiten und lernen zu können, gibt’s unter der Internetadresse:
http://students.Autodesk.com
Ist dort das unterrichtende Institut als Schule/Hochschule eingetragen, so können dessen Schüler/Studenten kostenlos eine Inventor-Version beziehen und registrieren lassen. Diese Registrierung hat laut Mitteilung auf dieser Seite eine Gültigkeitsdauer von 24 Monaten.
| 1.6 | Systemvoraussetzungen |
| 1.6.1 | Hinweise zur Installation |
Die Installation für die Übungen dieses Buches wurde mit der Option Vollständige Installation durchgeführt.
Sollten Sie Inventor mit anderen Optionen als den hier genannten installiert haben, so kann es bei verschiedenen Beispielen im Buch möglich sein, dass Sie diese auf Ihrem System nicht in jedem Detail eins zu eins nachvollziehen können. Auf die zentralen Aspekte, die mit den Beispielen vermittelt werden sollen, hat dies jedoch keinen Einfluss.
| 1.6.2 | Hardware |
Für die Konstruktion von Bauteilen und Zusammenbauten mit weniger als 1.000 Teilen:
64 Bit Prozessor, Taktfrequenz 3 GHz oder mehr (Intel Xeon E3, Core i7 o.ä.)
Arbeitsspeicher: mindestens 4 GB (für Analysen und Baugruppensimulationen bis 8 GB, für große Baugruppen über 500 Teile 20 GB und mehr)
Je nach Installationsumfang bis zu 40 GB freier Festplattenspeicher für die Programmdateien, davon ca. 8,5 GB auf dem Systemlaufwerk
Inventor 2017 beinhaltet einige erweiterte Visualisierungsarten, die je nach Leistung der Grafikkarte mehr oder weniger vollständig ausgeführt werden können. Minimum: Direct3D 10; empfohlen: Direct3D 11 (und fähige Grafikkarte)
Bildschirmauflösung: 1280 x 1024 Pixel oder mehr
| 1.6.3 | Betriebssysteme |
Die Inventor-Version 2017 läuft nur noch auch 64-Bit-Systemen:
Windows 7 64 Bit SP1
Windows 8.1 64 Bit mit Update KB2919355
Windows 10 64 Bit
| 1.6.4 | Sonstige Anforderungen |
DVD-ROM
Internetverbindung für Autodesk® 360-Funktionalität, Internet-Downloads und den Zugriff auf die Abonnement-Überprüfung
Adobe® Flash® Player 15
Microsoft Internet Explorer® 11 oder gleichwertig
Vollständige lokale Installation von Microsoft® Excel 2010, 2013 oder 2016 für iFeatures, iParts, iAssemblies, Thread-bezogene Befehle, Erstellung von Abständen/Gewindebohrungen, globale Stücklisten, Bauteillisten, Revisionstabellen, tabellenbasierte Konstruktionen und Studio-Animationen von Positionsdarstellungen (Excel Starter®, Online Office 365® und OpenOffice® werden nicht unterstützt.)
Die 64-Bit-Version von Microsoft Office ist erforderlich, um Access 2007-, dBase IV-, Text- und CSV-Formate zu exportieren.
Microsoft .NET Framework 4.6 oder höher
Virtualisierung wird auf Citrix® XenApp™ 7.7 und 7.8; Citrix XenDesktop™ 7.7 und 7.8 unterstützt (erfordert Inventor-Netzwerklizenzierung)
| 1.7 | Voraussetzungen für Anwender |
Das Buch baut auf dem Grundlagenwerk Inventor 2016. Grundlagen und Methodik in zahlreichen Konstruktionsbeispielen (Carl Hanser Verlag 2015, ISBN 978-3-446-44435-5) auf und setzt die darin vermittelten Grundkenntnisse in den Bereichen Skizzenerstellung, Bauteilmodellierung und Baugruppenerzeugung weitgehend voraus.
| 1.8 | Übungsdateien und Videos auf DVD |
Dem Buch liegt eine DVD bei. Alle Beispiele, Übungs- und Aufgabendateien, anhand derer im Buch FEM-Analysen und Simulationen beschrieben sind, befinden sich auf der DVD.
Durch die verschiedenen Simulationen im FE-Bereich und in der dynamischen Simulation werden die Simulationsdaten zusammen mit den Baugruppen gespeichert. Die auf der DVD vorhandenen Daten geben daher nicht immer den Anfangszustand der „nackten“ Baugruppe wieder. Gegebenenfalls müssen die Simulationsdaten entsprechend der Anleitungen geändert werden, damit der jeweils im Buch beschriebene Zustand erreicht werden kann.
Zu vielen Arbeitsschritten und Ergebnissen befinden sich außerdem Videosequenzen auf der DVD, welche das Beschriebene leichter verständlich machen sollen.
| 1.9 | Resümee |
Inventor ist eines der leistungsfähigsten 3D-CAD-Systeme, und gerade die Analyse- und Simulationsfunktionen stellen hohe Anforderungen an die Anwender. Das sollte Sie aber nicht verunsichern, sondern eher dazu motivieren, diesen Programmteil zu Ihrem Nutzen einsetzen zu können.
Es ist nicht schwer! Zu Beginn ist vor allem die Vielfalt der gebotenen Möglichkeiten erschreckend groß; aber es ist hier wie so häufig der Fall, dass ca. 80 % der zu lösenden Aufgaben mit maximal 20 % der zur Verfügung stehenden Möglichkeiten gelöst werden können.
Dies zu erkennen und damit rationell arbeiten zu können, dabei soll Ihnen dieses Buch die richtige Unterstützung bieten und eine Hilfe sein.
Ich wünsche Ihnen dabei viel Freude!
Günter Scheuermann
| 2 | Digital Prototyping und Produktdesign |
Bevor die eigentliche Arbeit mit dem Inventor beginnt, soll das Umfeld, in dem sich diese Anwendung befindet, und der Sinn und Zweck von Analysen und Simulationen etwas genauer betrachtet werden.
| 2.1 | Virtuelle 3D-Modelle |
Digitale Prototypen sind zwar virtuelle 3D-Modelle von Bauteilen und Baugruppen, wären aber damit nur unzureichend beschrieben. Das 3D-Modell repräsentiert die Form, die Abmessungen und unter Umständen auch die Funktion eines Produktes. Digital Prototyping geht jedoch weiter, ist umfassender.
Voraussetzung für diese strukturierte Art der Produktentwicklung mit Digital Prototyping ist die Durchgängigkeit der Daten durch alle Phasen der Produktentstehung, von der Konzeptphase über die Konstruktion bis zur Fertigung, Montage und zum Vertrieb. Der Einsatz von Programmen zum Produktdatenmanagement (PDM) ist dabei unverzichtbar.
Schneckengetriebe, Autodesk Inventor
Als Beispiel mag hier angeführt werden, dass sich der Entwickler schon in der Entwurfsphase auch mit den Fragen der Umweltverträglichkeit, der Verpackung und möglichen Transportproblemen beschäftigen muss, damit späte Produktänderungen vermieden werden.
Das virtuelle 3D-Modell steht bei diesem Verfahren im Mittelpunkt. An ihm wird das Design bestimmt, es werden die werkstofflichen Eigenschaften und die Modellgeometrie mithilfe von Finite-Elemente-Methoden und kinematischen Simulationen optimiert.
In das Modell fließen Feedbacks der beteiligten Fertigungs-, Montage- und Vertriebsfachleute ein.
Das Modell wächst und gedeiht weitgehend ohne Material- oder Fertigungsaufwand. Änderungen und Optimierungen fließen direkt in die Konstruktion ein, und die entstehenden Daten stehen den folgenden Produktionsschritten sofort zur Verfügung.
| 2.2 | Herstellung von Prototypen, Rapid Prototyping |
Bei aller Virtualität ‒ wenn schon ein Bild mehr als tausend Worte sagt, so trifft dies erst recht auf ein greifbares Modell zu!
Weil das so ist und weil das Anfassen und Betrachten eines realen 3D-Körpers doch wesentlich mehr Sinne anspricht als das Computerbild, werden seit Jahren immer leistungsfähigere und preiswertere 3D-Drucker hergestellt.
Die Verfahren sind ähnlich und unterscheiden sich vor allem durch die verwendeten Materialien. Es werden direkt aus dem CAD-Programm die Transferdateien erstellt, die in den Fabbern (Personal Fabricator, kurz Fabber) in Schichtenmodelle umgesetzt und Schicht für Schicht aus dem entsprechenden Material, zusammen mit Binder, Wärme oder Härter, übereinander aufgetragen werden. Die Genauigkeit der Bauteile wird von einigen Herstellern im Bereich von weniger als 0,1 mm angegeben.
3D-Drucker der Fa. ZCorp, der weiße Gipsmodelle herstellt
Zu den Verfahren des Rapid Prototypings zählt man unter anderem (Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Rapid_Prototyping):
|
Verfahren |
Werkstoffe |
|
Stereolithografie (STL oder SLA) |
Flüssige Duromere oder Elastomere |
|
selektives Lasersintern (SLS) |
Thermoplaste: Polycarbonate, Polyamide, Polyvinylchlorid, Metalle und Keramik |
|
Polyamidguss |
Polyamide |
|
Lasergenerieren |
Metallpulver |
|
Fused Deposition Modeling (FDM) |
ABS, Polycarbonat |
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Laminated Object Modeling (LOM) |
dünne Schichten aus Papier, Kunststoff, Keramik oder Aluminium |
|
3D Printing |
Kalkpulver mit Epoxid-Hülle |
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Contour Crafting (CC) |
Beton |
|
Multi Jet Modeling |
Wachsartige Thermoplaste, UV-empfindliche Photopolymere |
|
Space Puzzle Molding (SPM)-Verfahren |
Kunststoffteile aus Originalmaterial in Serienqualität |
| 2.3 | Produktoptimierung |
Unter Optimierung von Produkten soll in diesem Buch nicht die sicher notwendige und bestmögliche Formgebung in Bezug auf gefälliges Design oder Ergonomie beschrieben werden, sondern vor allem die funktionelle Formgebung, die Formgebung in Beziehung zur konstruktiven Festigkeit von Bauteilen und zum kinematischen und dynamischen Verhalten von Bauteilen und Baugruppen, der Bewegungssimulation.
| 2.3.1 | Flächen- bzw. Formoptimierung |
Zu diesen Arbeitsschritten, der funktionellen Formgebung, gehören die Flächen- und Querschnittuntersuchungen, mit denen die Qualität der Oberflächen und der Querschnittverlauf untersucht werden können.
Krümmungen an Strömungsflächen oder Formschrägen für Gussteile, die Ebenheit oder die Übergange an Flächenverbunden und Freiformflächen usw., all diese Probleme sollten gelöst sein, bevor eine aufwendige FE-Analyse mit der anschließenden festigkeitsmäßigen Optimierung und gegebenenfalls einer Bewegungssimulation das Formgebungsverfahren an Bauteilen und Baugruppen abschließt.
Der Inventor stellt für diese Tätigkeiten umfangreiche und leistungsfähige Werkzeuge zur Verfügung, mit denen nach verschiedenen mathematischen Verfahren die Probleme technischer Oberflächen leicht analysiert werden können. Die Umsetzung der Ergebnisse in problemfreie Zonen ist ein anderes Problem.
| 2.3.2 | Berechnungen |
Im Inventor sind auch alle Funktionen, die für optimierende Berechnungen nötig sind, integriert. Der Dubbel oder die Hütte kann im Regal bleiben. Die per Software erzielten Berechnungsergebnisse werden als kompletter Bericht mit allen Lastannahmen, Lagerbedingungen, Sicherheitsfaktoren und ermittelten Spannungen zusammen mit der Baugruppe gespeichert und dokumentiert, sie sind damit ein Teil des digitalen Prototyps.
Die Berechnungen führen zu optimierten und sicheren Konstruktionen und helfen, überdimensionierte und damit kostspielige Konstruktionen zu vermeiden. Die FE-Analyse ist für diesen Bereich das unverzichtbare Werkzeug der Wahl.
| 2.3.3 | Dynamische Simulation |
Inventor beherrscht die Emulation dynamisch beanspruchter Maschinen um Geräte, einschließlich der Berechnung von externen und internen Kräften, Massenkräften, Lagerkräften oder Drehmomenten.
Die Simulation erspart den Entwicklern aufwendige Analysen an realen Systemen. Da die Ergebnisse sehr früh in der Entwicklung zur Verfügung stehen, lassen sich kostspielige Iterationen und Änderungen in späteren Phasen vermeiden.
Die Übernahme der 3D-Abhängigkeiten, mit denen Bauteilfunktionen in Baugruppen definiert sind, erfolgt weitgehend automatisch. Eine nochmalige Bestimmung von Gelenken oder Gleitflächen ist in vielen Fällen unnötig. Weitere Randbedingungen, wie Schwerkraft, Reibung, äußere Kräfte und Antriebe, können anschließend festgelegt werden.
Die Ergebnisse der Simulation (Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Kräfte und Momente) können in grafischer Form auf dem Bildschirm, einem Drucker oder in einer Excel-Datei ausgegeben werden. Die errechneten Kräfte können direkt an das FEM-Modul zur Festigkeitsanalyse weitergegeben oder in ein externes FEM-Programm (z. B. ANSYS-DesignSpace) exportiert werden.
| Teil II Oberflächenanalysen und Grundlagen |
Dieser Teil des Buches behandelt die Möglichkeiten der Oberflächenanalyse und deren Anwendung sowie die theoretischen Grundlagen der Technischen Mechanik, Festigkeitslehre und Kinematik für das Verständnis der Simulation. Es enthält auch eine Erläuterung des Begriffs der Festkörpersimulation und der Bedeutung der Materialien und Werkstoffe für die Simulation und deren Grenzen.
Die Inhalte im Überblick:
Bauteilanalysen
Technische Mechanik, Kinematik, Dynamik
Festigkeitshypothesen, Spannungen, Verformungen
Materialbibliothek
Problematische und in der FE-Analyse nicht anwendbare Werkstoffe
Bauteile mit großen Verformungen
| 3 | Bauteilanalysen |