Ausgabe 01/2009 Ausgabe 01/2010 Infoplaner - CADFEM€¦ · Das umfassende ANSYS Seminarprogramm...

Ausgabe 01/2009

FEM-Simulation von der Geometrieübernahme bis zum Projektbericht:

ANSYS – das volle Programm• ANSYS Anwendungen im Konsumgüterbereich• Für jeden etwas: Viele neue ANSYS Produkte• CAE-Weiterbildung bei esocaet

www.cadfem.deAusgabe 01/2010

InfoplanerFEM: Software · Support · Seminare · Consulting · Entwicklung

Ich freue mich, den 25. Geburtstag derCADFEM GmbH ankündigen zu dürfen.

Der Notartermin der CADFEM GmbH waram 29. März 1985. Das war zu der Zeit,als Kanzler Kohl regierte, Michael Gorbat-schow zum Generalsekretär der KPdSUgewählt wurde, Joschka Fischer als erstergrüner Minister – in Turnschuhen – die Er-nennungsurkunde überreicht bekam undBoris Becker zum ersten Mal Wimbledon-sieger wurde.

Die FEM hatte bereits etwa 15 Jahre zuvorihre ersten Schritte in der indiustriellen An-wendung gemacht. Einer der Pioniere warJohn Swanson, der Entwickler von ANSYS,der seine Firma SASI, Inc.1970 gründete.Sie war 1985 auf 75 Mitarbeiter ange-wachsen und machte einen Umsatz vonrund 10 Millionen US $. Gerechnet wurdedamals auf so genannten Mainframes imTimesharing-Verfahren, aber auch schonlokal auf Abteilungsrechner wie der VAX11/750 oder der MicroVAX II, die sich un-sere junge Firma für 100.000 DM geradenoch leisten konnte. Mit ihren 2 MB Haupt-speicher und 150 MB Festplatte und einemTektronix-Bildschirm (40.000,– DM) wurdeversucht, Kunden von der interaktiven Ar-beitsweise zu überzeugen. Support habeich, wenn unterwegs, im Telefonhäuschengegeben, versorgt mit einer Hosentaschevoll Münzen. Die waren manches Mal ver-braucht, bevor die Fragen beantwortet wer-den konnten. Programmdaten von fehler-haften Läufen wurden auf Band gespei-chert und per Post versandt. Bis zur Lie-ferung hatte sich erfreulicherweise das Pro-blem oft von selbst gelöst oder der Kundehat sich nicht mehr daran erinnert, dass erein Problem hatte.

Von den alten Zeiten gibt es viel zu berich-ten. Von einem aufwändigen Firmenge-schichtsbuch wollte ich absehen. Zeitgemäßhabe ich mich für das Medium Internet ent-schieden und so werden Sie unter der Ru-brik „CADFEM 25“ auf www.cadfem.deausgewählte Dokumente, die über das Jahrstückweise hochgeladen werden, studie-ren können. Wer CADFEM von den An-fangszeiten noch kennt, wird sicher gernedarin browsen und vielleicht interessiert

sich auch die jüngere Generation, wie Pio-niere der FEM gearbeitet haben. Beiträgevon Kunden der ersten Stunde nehme ichgerne auf.

Bedanken möchte ich mich bei unserenKunden, insbesondere bei jenen aus derAnfangszeit, die so mutig waren, einemjungen Unternehmen ihr Vertrauen zuschenken. Mein Dank gebührt auch dentreuen Softwarepartnern wie ANSYS, Inc.

und LSTC, deren Produkte ANSYS und LS-DYNA zu den Marktführern zählen unddie den Grundstein für das Gedeihen derFirma CADFEM gelegt haben. Nicht zuletztgilt der Dank den Mitarbeitern, die sich fürdie Firma einsetzen.

Kunden, Softwarepartner und Mitarbeiterund etwas Glück haben dazu beigetragen,dass sich die Firma von anfangs zwei Mit-arbeiter auf heute gut 130 vergrößert hat.Zählt man die verbundenen Unternehmendazu, dann sind wir rund 300 Mitarbeiter,vertreten in mehreren Ländern in Europa,in Asien und in den USA. In unserem Ge-schäftsfeld der numerischen Simulationzählen wir in Zentraleuropa zu den führen-den Anbietern und sind auch weltweit gutbekannt. CADFEM war von Anfang an undjedes Jahr profitabel und musste noch nieMitarbeiter entlassen oder Kurzarbeit an-melden. Unsere Mitarbeiter sind am Erfolgder Firma über Bonuszahlungen beteiligt.Selbst im Weltkrisenjahr 2009 gab es einenBonus, was von den Mitarbeitern sehrpositiv aufgenommen wurde. Wir sind eintypisches Familienunternehmen, das lang-fristig denkt und den Mitarbeitern vielSelbständigkeit erlaubt, aber auch verant-wortliches Handeln abverlangt. StarreRegeln und Bürokratie werden auf einMinimum begrenzt, ein gewisses Maß anChaos in Kauf genommen, gesunder Men-schenverstand, Bodenständigkeit und ak-tives Mitdenken groß geschrieben. Das ver-leiht CADFEM Flexibilität und ermöglichteine schnelle Anpassung an ein sich stän-dig änderndes Umfeld.

Den Geburtstag wollen wir feiern. Mit Mit-arbeiter und Angehörigen beim Sommer-fest am 25. Juni. An diesem Freitag bittenwir Sie, Supportfragen und selbst Bestel-lungen auf den folgenden Montag zu ver-schieben.

Mit unseren Kunden wollen wir bei derANSYS Conference und 28. CADFEMUsers‚ Meeting vom 3. – 5. November inAachen auf 25 Jahre anstoßen. Dazu la-den wir Sie heute schon ein.

Falls Sie jetzt stutzen und sich fragen,warum in 2010 das 28. Jahrestreffen durch-geführt wird: Das liegt daran, dass ichschon seit 1982 selbständig bin und das 1.Meeting 1983 stattfand.

Dr.-Ing. Günter Müller

CADFEM – 25 Jahre in den Charts

Editorial

1Infoplaner 01/2010

Meilensteine – die ersten Jahre

1982 Gründung Ingenieurbüro für Maschinenbau und Bauwesen Dr.-Ing. Günter MüllerANSYS Support Representative Europe

1985 Gründung CAD-FEM GmbHANSYS Support Distributor

1986 Anschaffung einer MicroVAX II2 MB Hauptspeicher, 150 MB Festplatte

1987 Vertriebspartner von LSTC (LS-DYNA)

1988 Forschungsprojekt CARMAT 2000 im Rahmen von EUREKA

1989 Erster Infoplaner

1990 Projekt Very Large Telescope (VLT), European Southern Observatory (ESO)Erste Kontakte zu Uni Dresden, Chemnitz, Magdeburg

1991 Erste FirmenbroschüreGeschäftsstellen in Stuttgart, Hannover40.000 Unbekannte auf PC gelöst über Nacht

1992 1. Auflage FEM für Praktiker10. Users’ Meeting in ArolsenPartnerschaft mit SVSFEM in Tschechien

1993 1. Users´ Meeting in TschechienUmzug nach Grafing: Wildbräu Gebäude

1994 Partnerschaft mit MESco in Polen

1995 31 Mitarbeiter, 6,9 Millionen UmsatzGründung CAD-FEM AG in Aadorf, Schweiz zusammen mit Markus Dutly

ANSYS Conference & 28. CADFEM Users’ Meeting 2010 03. – 05. November 2010, Aachen, Eurogress

www.usersmeeting.com➔

ANSYS Conference & 5. CADFEM Austria Users’ Meeting

22. – 23. April 2010Wien, Schloss Schönbrunn

www.usersmeeting.at

ANSYS Conference& 15. Schweizer CADFEM Users’ Meeting

17. – 18. Juni 2010Zürich, Hotel Zürichberg

www.usersmeeting.ch

2 Infoplaner 01/2010

CADFEM

© Foto: aachen tourist service e.v.

➔ ➔

03. – 05. November 2010, Aachen, Eurogress

Einladung & Call For Papers

ANSYS CONFERENCE

& 28. CADFEM USERS’ MEETING

www.usersmeeting.com

• Strömungsmechanik• Strukturmechanik• Multiphysik• Elektromagnetik• Schaltungen & Systeme• Batterien & Brennstoffzellen• Materialdesign• Medizin und Biomechanik

• Werkzeugmaschinen & Simulation• Kunststoffe & Simulation• Motoren & Simulation

AnwendervorträgeSoftware-NeuheitenKompaktseminare

www.usersmeeting.com➔

CADFEM

3Infoplaner 01/2010

„Räumliche Modelle sind in der industriel-len Produktentwicklung bereits weit ver-breitet. Unser Ziel ist es, auch den mensch-lichen Körper dreidimensional exakt abzu-bilden, um den Erfolg von Operationen inder Plastischen Chirurgie objektiv messbarzu machen und die Versorgung unserer Pa-tienten zu verbessern”, fasst Kovacs dieausgewählte Arbeit seiner Forschungs-gruppe zusammen. Unter der Schirmherr-schaft des Bundespräsidenten prämiert dieInitiative „Deutschland – Land der Ideen“im Rahmen des bundesweiten Wettbe-werbes seit fünf Jahren innovative Ideen,die sich als „Ausgewählte Orte“ der Öf-fentlichkeit präsentieren. Der Preis wurdevon Andreas Brandt von der DeutschenBank, einem der Projektpartner des Wett-bewerbs, verliehen.

Die Forschungsgruppe CAPS nutzt 3D-Tech-nologien, die in der Industrie bereits eta-bliert sind, um Modelle von Patienten zuentwerfen. So können bereits vor der Ope-ration körperliche Veränderungen simuliertwerden. Zudem erhalten Patienten vorabeine Vorstellung vom zu erwartendenErgebnis eines Eingriffs. Mit dem Einsatzder neuen Technologie betritt die Gruppemedizinisches Neuland. Unterstützt wirdsie dabei auch von den IndustriepartnernCADFEM GmbH und Materialise GmbH,die eine sehr große, langjährige Expertiseauf dem Gebiet der Simulation und Mo-dellierung mit einbringen.

Im Rahmen des Symposiums wurde derBrückenschlag von der Industrieanwen-dung moderner Simulationsverfahren zumNutzen dieser Technologien in der Medi-zin anhand von Beispielen vorgestellt.Verschiedene Fachbeiträge konkretisiertendas Thema der Veranstaltung „Vom Auto-mobil zum Patienten: Technologie und Me-dizin finden zusammen”. Kovacs: „Da dieerfolgreiche Entwicklung von CAPS nichtohne das fruchtbare Umfeld der TU Mün-chen hätte stattfinden können, wollten wirdas Symposium in enger Partnerschaft mitVertretern der TU München und mit ko-

operierenden High-Tech-Unternehmen aus-richten. So konnten wir die innovativenTechnologien in Vorträgen und mit Hilfevon Demoständen auch für den Laien ver-ständlich darstellen.“ <<

Land der Ideen:Technologietransfer vom Automobil zum Patienten

Computergestützte plastische Chirurgie ist das Thema der Forschungsgruppe CAPS (Computer Aided PlasticSurgery), einem engen Partner der CADFEM GmbH im Bereich Medical. Jetzt erhielt die Gruppe unter derLeitung von Privatdozent Dr. Laszlo Kovacs, Klinik für Plastische Chirurgie und Handchirurgie am Klinikum rechtsder Isar der TU München die Auszeichnung „Ausgewählter Ort 2010“ im Wettbewerb „365 Orte im Land derIdeen” in der Kategorie Wissenschaft und Technik. Prämiert wurde das Projekt „Vom Automobil zum Patienten:Technologie und Medizin finden zusammen”, das am 27. März 2010 bei einem Symposium in der BMW WeltMünchen der Öffentlichkeit vorgestellt wurde.

| Informationi

© Foto: BMW Welt

Weitere Informationen

über den Wettbewerb

www.land-der-ideen.de

Über CAPS – Computer Aided Plastic Surgery

www.caps.me.tum.de

Ansprechpartner CADFEM Medical

Christoph Müller, CADFEM GmbH

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-43

E-Mail [email protected]


Inhalt

FEM-Simulation: Überall zuhause

In der produzierenden Industrie sind Simulationsprodukte von CADFEM praktisch in allen Bran-chen anzutreffen. Die Anwendungsbreite von ANSYS und komplementären Tools macht diesmöglich. Sie ist auch der Garant dafür, dass ANSYS, LS-DYNA und Digimat innerhalb einer Bran-che für sehr vielfältige und komplexe Aufgabenstellungen herangezogen werden. Ein Streifzugdurch die Konsumgüterbranche zeigt das Spektrum bei führenden Markenartikelherstellern.

Seite 10 – 2510

Nichtlinearitäten in der strukturmechanischen FEM-Berechnung

Nichtlinear ist, wenn es nicht konvergiert, jedenfalls nicht auf Anhieb. Wohl dem, der durchKenntnis der Theorie und der Algorithmen gezielt vorgehen kann.

Seite 4848

Berufsbegleitend zum CAE-Master

Mit dem berufsbegleitenden Master-Studiengang der esocaet (European School of ComputerAided Engineering Technology) besteht eine einzigartige Möglichkeit, Arbeiten und praxisorien-tiertes Studieren miteinander zu verbinden.

Seite 0909

Noch mehr herausholen aus ANSYS!

Das umfassende ANSYS Seminarprogramm von CADFEM unterstützt ANSYS Kunden dabei,schnell und gezielt ANSYS Know-how auf- und auszubauen.

Seite 3636

High Performance Computing

Mit High Performance Computing (HPC) kann die Rechenzeit von sehr großen und sehr kom-plexen Modellen drastisch verkürzt werden. Wir haben wichtige Informationen zu ANSYS HPCzuammengefasst.

Seite 3838

Inhalt

Inhalt / Impressum

5Infoplaner 01/2010

01 Editorial

CADFEM02 CADFEM Users’ Meetings 201003 Land der Ideen: Technologietransfer vom Automobil zum Patienten06 CADFEM Consulting: Simulation mit Tiefgang26 Weit weg & hoch hinaus43 CADFEM Consulting: Hydro-Acoustic Simulation of a Hydraulic Hammer52 Rückblick: CADFEM Users’ Meeting 2009 in Leipzig

CAE-Weiterbildung08 Das CAE-Training eFEM für Praktiker: Simulation verstehen09 Berufsbegleitendes CAE-Studium: Der praktische Weg zum Spezialisten

Themenschwerpunkt: Simulation im Konsumgüterbereich10 FEM-Simulation: Überall zuhause11 Time for ANSYS: ANSYS at Audemars Piguet & Cie. S.A.14 ANSYS Simulation in Reinkultur bei der V-ZUG AG16 Hansgrohe: Ein Fall für ANSYS Explicit18 Effizienzverbesserung von Staubsaugergebläsen20 Integrative Simulation mit Digimat bei MIELE22 Black & Decker ... & LS-DYNA24 Wenn ein LAMY Schreibgerät auf den Boden fällt ...

ANSYS & Neue ANSYS Produkte28 ANSYS & CADFEM: Ihr Competence Center FEM30 Elektromagnetische Feldsimulationen mit Maxwell31 Simulation von mechatronischen und Multi-Domain-Systemen mit Simplorer32 Integrierte Betriebsfestigkeitsanalyse mit ANSYS nCode DesignLife33 Mehrkörpersimulation mit ANSYS Rigid Dynamics34 Simulation von Faserverbundwerkstoffen mit ANSYS Composite PrepPost35 Aufbereitung von CAD-Geometrien mit ANSYS SpaceClaim36 Vertiefungs- und Effizienzseminare: Noch mehr herausholen aus ANSYS!38 High Performance Computing mit ANSYS40 ANSYS Workbench: Noch flexibler durch Diffpack-Integration42 Die CADFEM Toolbox zur Erweiterung von ANSYS Workbench44 Mikromechanische Untersuchung von faserverstärkten Kunststoffen mit ANSYS HPC

Grundlagen und Technologie46 3D-Kunststoffdruck: Materialsimulation auf multiplen Skalen48 Nichtlinearitäten in der strukturmechanischen FEM-Berechnung

54 Veranstaltungen55 Neue Fachzeitschrift: CAME – Computer Aided Medical Engineering56 Bestellformular für Bücher und Software

U2 Anzeige MicrosoftU3 Anzeige Hoppenstedt PublishingU4 Adressen

Impressum

Herausgeber:CADFEM GmbHMarktplatz 285567 Grafing b. MünchenTel. +49 (0) 80 92-70 05-0Fax +49 (0) 80 92-70 05-77E-Mail [email protected]

Anzeigen/Koordination/Redaktion:Alexander Kunz, [email protected] Müller, [email protected]

Titelbild:V-ZUG AG, Zug (CH)

Layout:christian loose grafik design, Aßling/Lorenzenberg

Produktion:Bechtle Druck & Service, EsslingenAuflage 35.000 Exemplare

Copyright:© 2010 CADFEM GmbH. Alle Rechte vorbehalten.Gedruckt in Deutschland. Jede Verwertung außerhalbder engen Grenzen des Urheberrechtsschutzes istohne Zustimmung der CADFEM GmbH unzulässig.Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Überset-zungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

Warenzeichen/eingetragene Warenzeichen:ANSYS, ANSYS DesignSpace, ANSYS Professional NLS,ANSYS Structural, ANSYS Mechanical, ANSYS Mecha-nical/EMAG, ANSYS Explicit STR, ANSYS Multiphysics,ANSYS Icepak, ANSYS CFD, ANSYS Workbench,ANSYS CFX, ANSYS ICEM CFD, ANSYS AUTODYN,ANSYS FLUENT, Ansoft, Maxwell, HFSS, AnsoftDesigner, SIwave, Q3D Extractor, TPA, Simplorer,RMxprt, PExprt, ANSYS nCode DesignLife, ANSYSRigid Dynamics, ANSYS SpaceClaim, ANSYS CompositePrepPost, ANSYS HPC und alle Produkt- oder Dienst-leistungsnamen von ANSYS, Inc. sind registrierteWarenzeichen oder Warenzeichen von ANSYS, Inc.und Ansoft Corp.. LS-DYNA, LS-OPT und LS-PrepPostsind registrierte Warenzeichen der Livermore SoftwareTechnology Corp..

Sämtliche in diesem Heft genannte Produktnamen sindWarenzeichen oder registrierte Warenzeichen ihrer je-weiligen Eigentümer. Aus dem Fehlen der Markierungkann nicht geschlossen werden, dass eine Bezeich-nung ein freier Warenname ist. Irrtümer und Änderun-gen vorbehalten.

Trademarks:ANSYS, ANSYS DesignSpace, ANSYS Professional NLS,ANSYS Structural, ANSYS Mechanical, ANSYS Mecha-nical/EMAG, ANSYS Explicit STR, ANSYS Multiphysics,ANSYS Icepak, ANSYS CFD, ANSYS Workbench,ANSYS CFX, ANSYS ICEM CFD, ANSYS AUTODYN,ANSYS FLUENT, Ansoft, Maxwell, HFSS, AnsoftDesigner, SIwave, Q3D Extractor, TPA, Simplorer,RMxprt, PExprt, ANSYS nCode DesignLife, ANSYSRigid Dynamics, ANSYS SpaceClaim, ANSYS CompositePrepPost, ANSYS HPC and all ANSYS, Inc. product andservice names are registered trademarks or trademarksof ANSYS, Inc. and Ansoft Corp.. LS-DYNA, LS-OPT,and LS-PrepPost are registered trademarks ofLivermore Software Technology Corp..

All other trademarks or registered trademarks are theproperty of their respective owners. Missing trademarksymbols do not indicate that names of companies orproducts are not protected. All information subject tomistakes and alteration.

Neben der Ermittlung eines optimalenDesigns für das Amphibienfahrzeug, daszusätzlich zum „normalen“ Straßenverkehr,auch den festen Untergrund verlassen undseine Reise „im Tiefgang“ durch Flüsse undandere Gewässer hindurch fortsetzen kann,mussten auch die notwendigen Zulas-sungsnachweise auf dem Wege der Simu-lation mit LS-DYNA erbracht werden.

Der Amfibus kann bis zu 45 Passagieretransportieren. Das Fahrzeug basiert aufeinem Volvo-Chassis und einem Schiffs-körper. Beim Übergang von der Straße inein Gewässer aktiviert der Fahrer ein dop-peltes Wasserdüsenaggregat, was den Am-fibus beim Flussübergang zu einer echtenAlternative zu einer traditionellen Fähremacht. Zudem eröffnet er dem Tourismusganz neue Perspektiven – man denke aneine Stadtrundfahrt durch die Amsterda-mer Grachten.

Das BerechnungsprojektAnalysiert wurde vom CADFEM ConsultingTeam das Busumsturzszenario des Amphi-bienbusses nach den ECE.R66 Regulariender UNECE (United Nations Economic Com-mission for Europe).

Die Erfüllung der in der ECE R66 Regula-rien festgelegten Kriterien ist notwendig,um Busfahrzeugen die Straßenzulassung

zu erteilen. Insbesondere Eindringungen inden festgelegten Überlebensraum der Pas-sagiere sind nach den Regularien nichtzulässig.

Die Berechnung des Busumsturzes wurdemit LS-DYNA durchgeführt und im An-schluss durch den RDW (Rijksdienst voorhet Wegverkeer) in den Niederlanden be-gutachtet.


CADFEM Consulting

Simulation mit TiefgangEin nicht alltägliches Projekt wurde im vergangenen Jahr an das CADFEM Consulting herangetragen: Die holländische Dutch Amphibious Transport Vehicles BV (DATV) aus Nijmegen nahm die Dienste desCADFEM Consulting Teams in Anspruch, um ein außergewöhnliches Buskonzept zu realisieren, den Amfibus.

CADFEM

Realtest des BusumsturzesDer Amfibus beim Wechsel vom Wasser auf die Straße

In Zusammenarbeit mit dem Kunden wur-den auf Basis der Ergebnisse der Simula-tionen verschiedene konstruktive Varian-ten analysiert bis die Erfüllung der ECE.R66Regularien durch die Simulation gewähr-leistet werden konnte. Auch wurden demRDW die Berechnungen präsentiert und inDetailfragen so aufgelöst, dass eine Zerti-fizierung nach den ECE R66 Regularien er-folgen konnte.

Durch die Simulation des Busumsturzeskonnte die Anzahl der notwendigen Real-tests deutlich reduziert werden. Basierendauf den Berechnungsergebnissen wurdedie Zulassung durch den RDW erteilt.

Auf zusätzliche Realtests des gesamten Bus-ses konnte verzichtet werden. <<

CADFEM

7Infoplaner 01/2010

Ansprechpartner CADFEM Consulting

Deutschland

Dr.-Ing. Marold Moosrainer

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-45


Oder via CADFEM CAE-Line

Tel. +49 (0) 800-6 64 87 58


Schweiz

Philipp Huber

Tel. +41 (0) 52-3 68 01-06


Österreich

Christoph Schlegel

Tel. +43 (0)1-5 87 70 73-12


Informationen zum Amfibus

www.datbv.com

| Informationi

Minimaler Abstand zum Überlebensraum in der endgültigen

Variante des Busses.

Simulationsergebnis des Busumsturzes

www.datbv.com

Foto: Dutch Amphibious Transport Vehicles BV


CAE-Weiterbildung

CAE-Training:Simulation verstehen

Warum kann das CAE-Training „eFEM fürPraktiker“ für Sie als Konstrukteur, Ver-suchsingenieur oder Techniker eine wich-tige Zusatzqualifikation sein? Weil Wissenauf dem Gebiet der Simulationstechnik für

Sie bedeutet, ein noch besseres Verständ-nis Ihrer Bauteile und Baugruppen zu ent-wickeln. Sie können diesen und andere Vor-teile, die sich durch den Einsatz der Simu-lation ergeben, konsequent in Ihrer täg-lichen Arbeit nutzen. Das gezielte Vermei-den möglicher Fehlerquellen erhöht zudemdie Qualität Ihrer Produkte. Ziel dieses neu-en CAE-Trainingsangebotes von esocaet(European School of Computer Aided En-gineering Technology) ist es, dass Sie Si-mulationsaufgaben im Bereich der linea-ren Strukturmechanik selbstständig undRessourcen sparend lösen können.

KursinhaltIm Laufe des Kurses erwerben Sie folgen-de Fähigkeiten:

• Festlegung der Simulationsziele • Grundkonzepte der Finite-Element-

Methode• Import von CAD-Daten und deren

Aufbereitung

• Richtiges Erfassen auftretender Belastungen

• Durchführung geeigneter mechani-scher Validierungsberechnungen

• Ergebnisauswertung und -dokumenta-tion

• Vermeidung typischer Fehler

Das erworbene Wissen vertiefen Sie in einerabschließenden Fallstudie: Anhand eines

realen Bauteils führen Sie eine umfassen-de FE-Simulation durch.

FEM-Ausbildung am Arbeitsplatzoder zu Hause• Praxisorientierte Vermittlung der

Lehrinhalte• Intensiver Lerndialog durch kleine

Lerngruppen• 140 Lerneinheiten in 3 Monaten

(ca. 8 Stunden/Woche)• Zeitliche Flexibilität durch e-Learning• 3 Präsenzseminare & regelmäßige

Onlinesprechstunden• Kontinuierliche Unterstützung

durch Tutoren

TeilnahmevoraussetzungenFür die erfolgreiche Teilnahme am Kursbenötigen Sie grundlegende Mechanik-kenntnisse aus einer technischen Ausbil-dung. Auch sollten Sie mit der Handhabungeiner gängigen CAD- und Internetsoftware(Browser, E-Mail, Texteditor) vertraut sein.

Für die Teilnahme am e-Learning benötigenSie einen Rechner mit Browser und Breit-bandinternetanschluss. Bei Bedarf könnenwir Ihnen für die Kursdauer den Zugriff aufeine Trainingslizenz gewähren.

Zielgruppe• Konstrukteure• Versuchsingenieure • Techniker

Kosten3.200,– EUR (inkl. MwSt.) Der Kurs ist nach AZWV zertifiziert.

Kurse

ab 17. Juni 2010 in Grafing

ab 30. September 2010 in Dortmund

Firmenschulung auf Anfrage

Ansprechpartner

Anja Höller

CADFEM GmbH

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-74


www.esocaet.com/eFEM

| Informationi

„eFEM für Praktiker“ vermittelt Konstrukteuren, Versuchsingenieuren und Technikern die Grundlagen der FEM-Simulation in einer praxisorientierten, flexiblen und effizienten Kombination aus e-Learning und Präsenzsemi-naren. Der intensive Lerndialog und eine konsequente Begleitung durch einen Tutor sichern den Lernerfolg.

CAE-Weiterbildung

9Infoplaner 01/2010

CAE-Studium:Der praktische Weg zum Spezialisten

esocaet ist ein Geschäftsbereich derCADFEM GmbH, der sich auf die software-unabhängige CAE-Weiterbildung speziali-siert hat. Der Master-Studiengang „AppliedComputational Mechanics“ wird in einerso genannten Private-Public-Partnershipgemeinsam mit den Hochschulen Ingol-stadt und Landshut angeboten. Im Sep-tember 2010 startet zum sechsen Mal derenglischsprachige Kurs, den bisher insge-samt mehr als 50 Studierende aus Europa,Asien und Amerika belegten.

Der modulare Aufbau des CAE-Studiumsberücksichtigt umfassende und tiefgehen-de Lehrinhalte aus den verschiedenen An-wendungsbereichen der Simulation inner-halb der virtuellen Produktentwicklung. Da-bei werden sowohl die theoretischenGrundlagen als auch die industrieorientier-ten praktischen Anwendungen vermittelt.

Für Ingenieure mit BerufserfahrungDas Angebot wendet sich an Ingenieure mitBerufserfahrung, die sich berufsbegleitendweiterbilden wollen. Vorausgesetzt werdenein erster Hochschulabschluss und an-schließende Berufserfahrung. Diese ist eineäußerst sinnvolle Grundlage, um die Lehr-und Praxisangebote der Masterausbildungmöglichst umfassend nutzen zu können.

Qualifizierte WeiterbildungMit den Hochschuldozenten aus Ingolstadtund Landshut, aber auch aus anderenHochschulen und Universitäten sowie CAE-Spezialisten aus unterschiedlichen Indus-triebranchen wird eine qualifizierte Aus-bildung in kleinen Gruppen mit ca. 10-15Studierenden organisiert, die aus Vorle-sungen, praktischen Übungen und Labor-einheiten besteht. Dadurch kann eine be-

sonders intensive Betreuung der Teilneh-mer abgesichert werden. Dies ist sinnvoll,da es sich um ein sehr anspruchsvolles Stu-dium handelt, das viel Energie und Enga-gement erfordert. Für die Arbeitgeber derStudierenden zahlt sich die Zeitinvestitionhier aus, schließlich werden aktuelle Si-mulationsprobleme mit den erfahrenenLehrkräften aus Wissenschaft und Industriediskutiert.

PraxisorientierungDie Praxisorientierung des Studiums be-zieht sich aber auch auf „Randthemen“,mit denen sich jeder versierte Simulations-spezialist beschäftigen sollte: Qualitätsm-anagement, Prozessentwicklung, Pro-jektmanagement, Teambildung sowie dergenerellen Organisation des Produktent-stehungsprozesses von der Idee über dieKonstruktion bis zur Fertigung.

Die 28 Absolventen, die den Master-Stu-diengang schon erfolgreich abgeschlossenhaben – 25 weitere Studenten sind zur Zeitin der berufsbegleitenden CAE-Weiterbil-dung – sind bestens ausgebildet, um Posi-tionen als qualifizierte CAE-Spezialisten,Projektmanager oder Entwicklungsleiter zuübernehmen. Da die international aner-kannte Ausbildung in englischer Sprachedurchgeführt wird, können so auch ge-eignete Mitarbeiter von ausländischenNiederlassungen (Osteuropa, Asien, Süd-amerika usw.) während eines unterneh-mensinternen Trainee-Programms ausge-bildet werden.

Lohnende InvestitionAuf den ersten Blick mögen die Gebührenvon 5.000 Euro pro Semester relativ hocherscheinen, wenn sie mit rund 500 EuroSemesterbeitrag einer staatlichen Univer-sität verglichen werden. Beim genauerenHinsehen ist jedoch schnell erkennbar, dassdie höhere Summe gut angelegt wurde:Der Absolvent eines Bachelor-Studiengangs

oder eines ähnlichen Studiums steigt (zweiJahre) früher ins Berufsleben ein, und sorgtfolglich auch schon früher für seine Ren-te, als derjenige, der sofort nach dem er-sten Studienabschluss mit einer Master-ausbildung beginnt. Unterm Strich entstehtso für Master-Absolventen eines berufs-begleitenden Studiums schon nach weni-gen Jahren, trotz der Bezahlung der Stu-diengebühren, ein erhebliches Plus aufihrem Konto. Außerdem sind Aufwen-dungen für diese Weiterbildung in der Re-gel steuerlich absetzbar.

Oft übernimmt der Arbeitgeber aber aucheinen Teil der Kosten für das Masterstu-dium, weil er direkt von der zusätzlichenQualifikation des Mitarbeiters profitiert. <<

Gerhard Friederici

Bewerbung

bis zum 15. Juni 2010 möglich

Ansprechpartner

Anja Vogel

CADFEM GmbH

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-52


www.esocaet.com/studium

| Autor✒

| Informationi

Mit dem zweijährigen berufsbegleitenden Master-Studiengang der esocaet (European School of ComputerAided Engineering Technology) besteht eine einzigartige Möglichkeit, Arbeiten und praxisorientiertes Studierenmiteinander zu verbinden, um den staatlich anerkannten Abschluss als „Master of Engineering“ zu erlangen.


Themenschwerpunkt: Simulation im Konsumgüterbereich

Auf den folgenden Seiten geben namhaf-te Hersteller von höchst unterschiedlichenHaushaltsgeräten und Gütern des täglichenLebens Einblick in ihre Entwicklungspro-zesse. Sie haben gemeinsam, dass dabeiSimulationstechnologien und Dienstlei-stungen von CADFEM und ANSYS einewichtige Rolle spielen.

Wie die Beispiele aus den Bereichen Uh-ren, Haushaltsgeräte, Sanitär oder Schreib-geräte zeigen, ist ANSYS längst auch in derKonsumgüterbranche zuhause. Ausnah-men bestätigen die Regel, rücken doch dieBeiträge von Black & Decker und Miele dieCADFEM Simulationslösungen LS-DYNAund Digimat in den Mittelpunkt, wobeiauch diese Unternehmen darüber hinausauf ANSYS setzen. <<

FEM-Simulation: Überall zuhauseIn der produzierenden Industrie sind Simulationsprodukte von CADFEM praktisch in allen Branchen anzu-treffen. Die Anwendungsbreite von ANSYS und komplementären Tools macht dies möglich. Sie ist auch derGarant dafür, dass ANSYS, LS-DYNA und Digimat innerhalb einer Branche für sehr vielfältige und komplexeAufgabenstellungen herangezogen werden. Ein Streifzug durch die Konsumgüterbranche zeigt das Spek-trum bei führenden Markenartikelherstellern.

Uhren: Time for ANSYSANSYS, LS-DYNA und optiSLang in der Uhrenentwicklung bei Audemars Piquet & Cie. SA

Seite 11 – 13

Haushaltsgeräte: ANSYS Simulation in ReinkulturEntwicklungsbegleitende ANSYS Anwendungen bei der Schweizer V-ZUG AG

Seite 14 – 15

Sanitär: Ein Fall für ANSYS ExplicitFalltestsimulation von Duschköpfen bei Hansgrohe

Seite 16 – 17

Effizienzverbesserung von StaubsaugergebläsenStrömungssimulation mit ANSYS CFX

Seite 18 – 19

Haushaltsgeräte ll: Integrative Simulation mit Digimat bei MieleBerücksichtigung des Spritzgusses in der Festigkeitsberechnung

Seite 20 – 21

Bohrhämmer: Black & Decker ... & LS-DYNASicherstellung der strukturmechanischen Robustheit von Außenstruktur,Hammerantrieb und WerkzeughalterSeite 22 – 23

Wenn ein LAMY Schreibgerät auf den Boden fällt ...Aufprallsimulation eines Drehbleistiftes von LAMY

Seite 24 – 25


11Infoplaner 01/2010

Finite elements modeling provides an im-portant contribution to the developmentprocess at Audemars Piguet & Cie SA. Vir-tual prototyping is used to anticipate di-mensioning problems and therefore reducethe number of prototypes.

Amongst the wide range of componentsconstituting a bracelet watch, three keymechanisms are presented below as exam-ples where numerical simulation is usednowadays.

Optimization of a Date Mechanismwith ANSYS/LS-DYNAFigures 1a and 1b show the mechanismthat allows changing the date display every24 hours. This mechanism is composed ofthree main parts;

The mechanisms used in this study belong exclusively to

Audemars Piguet & Cie SA (www.audemarspiguet.com).

Pictures: Audemars Piguet & Cie SA

1. The display disc2. The trigger bloc (that stores

energy and transfers it to the display disc)

3. The jumper bloc (that brakes the display disc)

A cycle of this mechanism starts withthe loading of the trigger spring.When the date has to change, thecam blocking spring releases the pinand the potential energy stored in thetrigger spring rotates the cam and itsfinger that pushes a tooth of the dis-play disc. The resulting rotation of thedisplay disc is braked by the jumper

and its spring so that only one tooth passesthe jumper and therefore the date chan-ges by only one increment.

The complexity of this mechanism residesin the need of setting and balancing theway the energy is released by the triggerstring and the way the energy is dissipatedin the jumper bloc so that the date changeoccurs instantaneously to the eye (typical-ly within 0.015 s) but robustly enough sothat the display never jumps a date.

The geometrical shapes of the jumperspring, the jumper and the trigger springwere optimized with a three dimensional

Time for ANSYSDimensioning and Optimization of Flexible Watch Industry MechanicalComponents with ANSYS/LS-DYNA, ANSYS Workbench and optiSLang

Watch industry mechanisms involve a large number of high precision flexible pre-constrained mechanicalcomponents. Using traditional prototyping, the definition of non-deformed geometries for production is acostly manual iterative process. The use of non-linear finite elements modeling improves this process and thecoupling of the finite elements codes to a stochastic optimization toolbox like optiSLang makes it automaticand more robust.

Fig. 1a: Loaded date mechanism at time t=0.01s.

(display disc diameter = 12 mm

Fig. 1b: Zoom on the trigger bloc (cam diameter = 2.2 mm)



dynamic model created with ANSYS/LS-DYNA (fig. 1). The calculated angularvelocity of the display disc (fig. 2) shows apositive acceleration of the disc by the trig-ger bloc (a-b), a sudden reversed accele-

ration when tooth 2 (fig. 1a) bounces onthe steep face of the jumper (b-c), a posi-tive acceleration again when tooth 1 tou-ches the jumper again (c-d) and a final sta-bilization between teeth 1 and 2 (d-e). Theloading moment of the trigger spring wasmeasured experimentally and is in goodagreement with the simulated values (fig.3). Furthermore, the pre-series mechanismthat was produced based on the designobtained with ANSYS/LS-DYNA has fulfil-led acceptance criteria and allowed laun-ching production without any further pro-totype.

Force Tuning of a Set Time Mechanismwith ANSYS Workbench and optiSLangFigure 4 shows the set time mechanismconnected to the pull-out button of awatch. The button actuates a winding shaftthat can be pulled up to its stop position;its rotation then allows time setting. Thewinding shaft is connected to the pull-out

ces set within 2% of the required valuewhile the maximum stress was 10% smal-ler than the value calculated with the in-itial geometry (fig. 5). The mechanism wasproduced and fulfilled expectations.

Robust Design Optimization of a Glass Driving Process with ANSYS Work-bench and optiSLangTightness between glass and watch-caseis ensured by a flexible joint (fig. 6). Theforce needed to remove the glass has tobe maximized whereas the force requiredto drive the glass should be minimized.Plastic deformations in the joint (fig. 7) aswell as stresses in the glass and watch-caseshould also be minimized.

piece via a pin. The pull-out piece can ro-tate on a fixed axis but is constrained bythe spring that pushes on a pin at its endand therefore sets its actuation moment.The maximum traction force on the win-

ding-shaft has to be 5N in order to ensurea good sensitivity when pulling with thefingers on the set time button. At the sametime, stresses in the spring have to remainbelow the yield strength.

A two dimensional parametric model ofthe spring and its non-linear frictionalcontact with the pin of the pull-out piecewas created with ANSYS Workbench andcoupled to optiSLang via the optiPlug in-terface. This allowed to run an automaticparametric optimization of the spring‘sshape based on eight geometrical inputparameters and three objectives:1.Set the traction force2.Set the pulling force3.Minimize structural stresses

The optimization algorithm chosen was anadaptive response surface method. After91 automatic design evaluations, the re-sulting design had traction and pulling for-

Fig.5: Spring initial shape (left) and tuned shape (right). The

pin of the pull-out piece is at the force inversion position

where stresses reach their maximum. The positioning and

angle of the two flat contact faces of the spring determine

the pull and push forces.

Fig. 2: Display disc angular velocity. A positive velocity means

a clockwise rotation on figure 1a.

Fig. 3: Comparison between simulated and measured trigger

bloc moments.

Fig. 4:

Set time mechanism


13

A quasistatic two dimensional axisymmetricparametric model was created with ANSYSWorkbench and coupled to optiSLang inorder to run three different analyses on themodel:

1.A sensitivity analysis2.A Pareto optimization3.A robustness analysis

Amongst a list of 16 geometrical inputparameters (dimensions of glass, joint andwatch body), the sensitivity analysis de-livered a list of 8 most important geome-trical dimensions. According to the statis-tical linear coefficient of importance cal-culated by optiSLang, these parameters de-termine 86% of the maximal withdrawalforce, 77% of the maximum glace stressand 65% of the joint maximum plasticstrain. In addition to the selection of asubset of most relevant parameters,the sensitivity analysis allowed togain understanding of the physi-cal system. For instance, the cor-relations between outputs canbe seen at a glimpse in theoptiSLang post processing.In this case, output va-lues that have to be mi-nimized (stresses andstrain) and the out-put value that hasto be maximized(removal force) arepositively correla-ted between eachother, which meansthat attempting to maxi-mize the force will also maxi-mize the stresses and strains.

In addition to this intuitive qualitative sta-tement, optiSLang delivered quantitativecorrelation values that helped defining ob-jective functions for the optimization.

Due to these output parameters correla-tions, a Pareto optimization with twoobjective functions was chosen; the firstobjective is a weighted function of theremoval force and of the difference bet-ween driving and removal force. The se-cond objective function is simply the sumof stresses in the watch-case and in theglass. After 209 design evaluations, theresult of this optimization, based on anevolutionary algorithm, is a Pareto frontwith designs that minimize both objectives(fig. 8). In this case, the choice of a best

design along this front is motivated by theneed to increase the force (move towardsthe left) while maintaining the stress lowenough (move down on the graph).

After having selected a candidate designon the Pareto front, a robustness analysiswas run for this design. Probability densi-ty functions were defined for each inputparameter, including material properties.The resulting output parameter probabili-ty density functions could then be inte-grated in optiSLang in order to get the pro-bability of being higher than a given stressthreshold. This failure probability givesquantitative information on whether thedesign is sufficiently robust or not. In thiscase, the failure probability of designnumber 203 was 20% for gold (inaccep-table) and negligible for steel (see 250 MPalimit on the probability density function offig. 8). <<

Fig. 8: Result of the Pareto optimization in optiSlang. The pro-

bability density function for the maximum stress in the watch-

case obtained with a robustness analysis for design 203 has

been inserted.

Fig. 7: Typical results for the equivalent plastic strain in the

Hytrel joint a) during the driving process b) with the glass

mounted c) after having removed the glass. All plots use the

same scale.

Fig. 6: Bodies taken into account in the model of a glass

driving.

Tiavina Niaritsiry, Audemars Piguet SA


www.audemarspiguet.com

Joël Grognuz, CADFEM (Suisse) AG


Contact

Roberto Rossetti, CADFEM (Suisse) AG

Phone +41 (0) 21-601-70-80


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Infoplaner 01/2010

In jedem zweiten Schweizer Haushalt hilftein ZUGer Gerät beim Kochen, Braten,Backen, beim Geschirrspülen, beim Wa-schen oder beim Trocknen. Wenn die 1913gegründete V-ZUG AG die Bedeutung ih-rer Position nicht nur erhalten, sondern so-gar ausbauen konnte, so vor allem, weildie Wasch- und Küchengeräte aus Zug ei-ne Philosophie widerspiegeln, die beson-ders auf die Wünsche des Schweizer Käu-fers zugeschnitten sind. Dazu gehören vorallem Sparsamkeit im Gebrauch, Lang-lebigkeit und ein schonender Umgang mit

Ressourcen. Seit 1996 werden Berech-nungen in der Entwicklung eingesetzt. ImJahre 2007 wurde das Simulationsportfoliounter Berücksichtigung neuer Anforde-rungen einer gründlichen Prüfung unter-zogen. Der Einsatz von Simulationswerk-zeugen in der Konstruktion und in der Ent-wicklung wurde forciert. Bereits währendden ersten Konstruktionsideen sollte derEntwicklungsprozess durch Simulationenunterstützt und beschleunigt werden. DieVielfalt und Häufigkeit der Berechnungs-aufgaben erforderte es, die Simulations-werkzeuge in der Konstruktionsabteilungbreiter zugänglich zu machen. Es warschlicht nicht mehr möglich, alle anfallen-den Berechnungsaufgaben durch den FEM-Spezialisten alleine abzudecken. Für CAD-nahe Berechnungen musste demzufolgefür die sporadischen Anwender aus derKonstruktion – V-ZUG nutzt CATIA V5 –ein neues und besonders benutzerfreund-liches CAE-Tool gefunden werden.

ANSYS Workbench überzeugte bei derUmsetzung aller Anforderungen. Neben

ANSYS Workbench wurden weitere FEM-Lösungen im Detail evaluiert. Als Testper-sonen wurden neben dem langjährigen Be-rechnungsexperten auch zwei Konstruk-teure mit nur wenig FEM-Erfahrung heran-gezogen. Die Testperiode, verknüpft miteiner vorangehenden, individuellen Ein-führung, dauerte einen Monat. Währenddieser Zeit wurden die Lösungen intensivgetestet und verglichen. Die Entscheidungzu Gunsten von ANSYS Workbench fiel auf-grund folgender Kriterien:

• Benutzerfreundlichkeit: Obwohl ANSYS Workbench nicht demLook & Feel der gewohnten CAD-Ober-fläche entsprach, fanden sich die Kon-strukteure schnell zurecht.

• Zusammenarbeit zwischen Kon-struktion und Berechnungsspezia-listen:Die ANSYS Workbench deckt sowohl dieBedürfnisse von konstruktionsbeglei-tender Berechnung wie auch die An-sprüche von komplexen Berechnungs-aufgaben ab.

• Lokaler SupportAusschlaggebend war zudem, dass mitCADFEM ein lokaler Ansprechpartnerverfügbar vorhanden ist, der mit ergän-zenden Dienstleistungen wie Support,Seminare und Consulting die Anwenderflexibel und kompetent unterstützenkann.

• CAD-IntegrationDie Anbindung des CAD an die Simula-tionsumgebung (Workbench) erfolgtüber die assoziative CATIA-CADNEXUSSchnittstelle. Der Datenaustausch zwi-schen allen gängigen MCAD Systemenund Workbench entspricht dem einer„integrierten“ Schnittstelle. Diese Inte-gration erlaubt Parameteraustausch undOptimierung. Schnelle Variantenrech-nungen, die Basis für eine effiziente Ent-wicklung, werden somit möglich.


ANSYS Simulation in ReinkulturDie V-ZUG AG ist Schweizer Marktführer im Bereich Haushaltgeräte. V-ZUG entwickelt, produziert und ver-treibt hochwertige Geräte für Küche und Waschraum. Seit 2007 setzt V-ZUG auf CADFEM und auf ANSYS.Eine Erfolgsgeschichte.


Bild 1: FEM-Gesamtsystem einer V-ZUG Waschmaschine (Bilder: V-ZUG AG)

Leiser Schleudern Der Bereich der Anwendungen bei V-ZUGist sehr vielfältig. Von linearen, statischenBerechnungen, über dynamische System-betrachtungen bis hin zu komplexen nicht-linearen Berechnungen. Eine qualitativ wich-tige Eigenschaft einer Waschmaschine istder ruhige Lauf während des Schleudernsder nassen Wäsche. Aufgrund der Unwucht(= die exzentrisch liegende nasse Wäsche)erzeugt das System Schwingungsamplitu-den, welche über eine geeignete Aufhän-gung gemindert werden müssen. Es gilt zuvermeiden, dass das gesamte System in Re-sonanz gerät. Kritische Eigenfrequenzenbedeuten für die einzelnen Bauteile zu ho-he Belastungen für deren Lebensdauer. Vongroßem Interesse ist auch, wie sich dasSystem beim Hochfahren bis zur Schleu-derdrehzahl verhält. Dazu wird mittels har-monischer Anregung das System in Schwin-gung gebracht. Die resultierenden Verfor-mungen und Beanspruchungen in den be-teiligten Bauteilen werden bestimmt undgegebenenfalls wird die Konstruktion an-gepasst. Mit diesem Berechnungsmodelllassen sich noch nicht alle physikalischenPhänomene abbilden. Als nächster Schritterfolgen bei V-ZUG transiente Analysen.Um die Schwingungsamplituden währendeines Schleudervorgangs zu reduzieren, ent-wickelte V-ZUG das innovative und welt-weit erste Vibration Absorbing System(VAS). Dieses System gleicht aktiv die Un-wucht während des Schleuderns aus. Da-durch können die auftretenden Schwin-

Gehäuse an. Kostbare Zeit konnte bereitsbei der Vernetzung eingespart werden. VorANSYS 12 mussten Hexaeder-Elemente ein-gesetzt werden, dies bedeutete erhebli-chen Aufwand auf der Seite des Anwen-ders. Nun lassen sich auch komplexe Geo-metrien automatisch mit SOLID285 Tetra-edern vernetzen. Die Berechnung der Gum-midichtung erfolgte quasi-statisch. In ei-nem ersten Lastschritt wird das Aufspan-nen des Balges und das Verpressen durchSchließen der Waschmaschinentüre simu-liert. Nachfolgend wird der Bottich in 8Schritten in einer exzentrischen Kreisbahnverschoben. Untersucht werden dabei dieFaltenbildung und die auftretende Bean-spruchung des Balges. Die Übereinstim-mung mit früheren Berechnungen und mitVersuchen war sehr gut. Somit konntenviele Design-Varianten in kurzer Zeit ge-rechnet und der Entwicklungsprozessbeschleunigt werden. Die Hausfrau, derHausmann kann sich gut vorstellen, dasssich ein undichter Balg nachhaltig auf dasImage des Waschmaschinenherstellers aus-wirken würde. Das Image von V-ZUG in derSchweiz ist, auch dank umfangreicher Si-mulationen, sehr gut!

Saubere Lösung für Entwickler und KundenDie Wahl von V-ZUG, ANSYS als umfas-sendes Berechnungstool zu nutzen, hatsich als gut erwiesen, denn ANSYS Struc-tural für den FEM-Spezialisten und ANSYSDesignSpace für den Konstrukteur eignensich bestens für die hohen Anforderungenan Qualität und Effizienz bei V-ZUG.CADFEM hat sich als zuverlässiger Partnerim Berechnungsalltag etabliert. Die Anzahlder Simulationen von Geometrievariantenkonnten gegenüber dem Vorgängersystemwesentlich gesteigert werden. Unbekann-te Effekte wurden sichtbar und erklärbar.Das gewonnene Wissen und Know-howfließen direkt in die zukünftigen V-ZUGGeräte ein, zum unmittelbaren Nutzen vonfleißigen Hausfrauen und Hausmännern. <<


gungen eliminiert und der erzeugte Kör-perschall reduziert werden.

Dicht Dank SOLID285Mit dem Release ANSYS 12.0 hielt nebenvielen neuen Features auch ein neues Ele-ment (Solid285) Einzug. Dieses Element,ein lineares Tetraeder-Element mit zusätz-lichem Druckfreiheitsgrad, eignet sich her-vorragend für die Analyse von Gummi-bauteilen mit sehr großen Dehnungen (> 100%). Im Gegensatz zu Hexaeder-Ele-menten und auch Elementen mit quadra-tischen Ansatzfunktionen, sind wesentlichhöhere Deformationen möglich, bei einemstabileren Konvergenz-Verhalten. Skepti-ker von linearen Tetraeder-Elementen sei-en beruhigt. Die Genauigkeit von SOLID285leidet nicht unter seiner hohen Effizienz.Als idealer Prüfstein für dieses neue Ele-ment bot sich bei V-ZUG die Gummidich-tung zwischen oszillierendem Bottich und

Bild 3: Gummibalg dank SOLID285 schnell und genau berechnet

Hilmar Meienberg, V-ZUG AG

Urs Bänninger, CADFEM (Suisse) AG

www.vzug.ch und www.vzug.com

| Autoren✒

Bild 2:

Dynamische Berechnungen

am Schwingsystem


Das Unternehmen Hansgrohe mit Stamm-sitz in Schiltach im Schwarzwald hat sichin seiner über 100-jährigen Firmenge-schichte innerhalb der Sanitärbranche denRuf als einer der Innovationsführer in Tech-nologie und Design erworben. Mit seinenBrausen, Armaturen und Duschsystemenschafft Hansgrohe die Originale, die dasBad funktionaler, komfortabler und schö-ner machen. 2007 erwirtschaftete dasUnternehmen mit seinen Marken Axor,Hansgrohe, Pharo und Pontos einen Um-satz von rund 661 Mio. Euro, im Vergleichzum Vorjahr ein Plus von 16 Prozent. Welt-weit beschäftigt die Hansgrohe Gruppeheute rund 3.200 Mitarbeiterinnen undMitarbeiter, davon etwa zwei Drittel im In-land. Das Unternehmen, das intensiv ge-gen Plagiate und Ideenklau vorgeht, pro-duziert in sechs deutschen Werken, inFrankreich, in den Niederlanden, in denUSA und in China.

Als Innovator und technologieorientiertesUnternehmen ist die rechnerische Simula-tion bei Hansgrohe seit Jahren fest im Pro-duktentstehungsprozess verankert. Bei derAuslegung und Optimierung der innovati-ven Armaturen- und Brausesysteme nutztdas Entwicklungsteam in der Zentrale inSchiltach intensiv die SimulationsplattformANSYS Workbench für verschiedene struk-turmechanische, thermische oder strö-mungsmechanische Fragestellungen. Längsthat sich ANSYS Workbench zum zentralenCAE-Tool bei Hansgrohe entwickelt. Ins-besondere durch die funktionelle Anbin-dung an die CAD-Umgebung und die ge-

koppelten Analysemöglichkeiten zwischenStrömungs- und nichtlinearer Strukturme-chanik gewinnen die Entwickler in einemfrühen Stadium wichtige Erkenntnisse überdas Funktionsverhalten der künftigen Pro-dukte und reduzieren Optimierungsschlei-fen an den Nullserienteilen.

Falltest HandbrauseMit der Entscheidung, die neuste Brau-sengeneration auch komplexen Falltestsi-mulationen zu unterziehen, hat Hansgro-he einmal mehr als einer der ersten der Sa-nitätsbranche einen neuen Weg einge-schlagen. In einem Gemeinschaftsprojektmit dem langjährigen Partner des Unter-nehmens im Bereich der FEM-Simulation,der CADFEM GmbH, wurde die Hand-brause „PuraVida“ verschiedenen Auf-prallszenarien ausgesetzt. Ziel war, bereitsvor dem Bau erster Prototypen das Ver-halten des Produktes unter extremen Be-

lastungen, wie sie beim Aufprall entste-hen, kennenzulernen und daraus gegebe-nenfalls Konsequenzen abzuleiten.

Für Crash-Simulationen, d.h. der Abbildunghochgradig nichtlinearer, transient-dyna-mischer Vorgänge, empfiehlt sich grund-sätzlich die Verwendung eines explizitenFE-Solvers. Bedenkt man, dass die über-wältigende Mehrheit der Unternehmen,die FEM-Simulationen einsetzen, mit so-genannten impliziten FE-Programmen (fürStatik, Dynamik, Schwingungen) arbeitet,ist eine solche Entscheidung vielfach mitder Anschaffung einer neuen Software ver-

bunden. Im Fallevon ANSYS Work-bench zieht die Er-weiterung des Si-mulationsspektrumskeinerlei Umstel-lung der Berech-nungsumgebungnach sich. Vielmehrkann in der ge-wohnten ANSYS-Umgebung das

Modul ANSYS Explicit STR aktiviert wer-den, in dem der Anwender auf die inte-grierte Solvertechnologie des explizitenCodes AUTODYN Zugriff hat. ANSYS Ex-plicit STR ist seit der Version ANSYS 12 er-hältlich und verbindet Berechnungsme-thoden der expliziten Zeitintegration mitden bewährten Vorteilen der Workbench:bidirektionale CAD-Schnittstellen, Direkt-zugriff auf Materialdaten, effiziente Ver-netzungsroutinen oder Kontaktdefinitio-nen. Zudem ist bei Bedarf eine einfacheKopplung mit anderen Workbench-Toolsmöglich.

Ziel der rechnerischen Analyse bei Hans-grohe war die Vorhersage des strukturm-echanischen Verhaltens einer neuen Hand-brause beim Aufprall auf einen starrenUntergrund. Es sollten Fragen zum De-formationsverhalten der Gesamtstruktursowie von einzelnen Schnappverbindun-


Ein Fall für ANSYS ExplicitInnovativ und technisch führend sind bei Hansgrohe nicht nur die Produkte, sondern auch dieEntwicklungsmethoden. In einem Gemeinschaftsprojekt mit CADFEM wurde eine neue Handbrause amvirtuellen Prototypen mit dem Programm ANSYS Explicit STR verschiedenen Falltest-Szenarien unterzogen.


Bilder: Hansgrohe

gen und zur Verteilung von plastischen Ver-zerrungen und ersten Hauptdehnungen inden Kunststoffmaterialien beantwortetwerden.

Aufbau der BrauseDie Brause besteht aus 12 Einzelteilen,wobei die beiden äußeren Kunststoff-schalen durch mehrere Schnappverbin-dungen miteinander verbunden sind. Auchdie zwei Halbschalen der innen liegendenWasserführung sind miteinander überSchnappverbindungen verbunden. Zusätz-lich ist eine Verschraubung mit 4 Schrau-ben vorgesehen.

Die verwendeten Werkstoffe, Kunststoffund Stahl, wurden mit geeigneten Mate-rialmodellen abgebildet. Alle Kontaktstel-len zwischen den Bauteilen wurden mitdem Standardkontakt und mit einem

Standardreibwert definiert. StoffschlüssigeVerbindungen zwischen Weichkomponen-te/Strahlscheibe sowie Verteiler/Verteiler-deckel wurden mit einem Verbundkontaktdefiniert und angenommen, dass kein Klaf-fen zwischen den Bauteilpaaren auftretenkann.

AufprallzenarienInsgesamt wurden 3 Szenarien in Formeiner transient-dynamischen, nichtlinearenAnalyse unter Berücksichtigung großer Ver-formungen und nichtlinearer Kontaktebetrachtet. Für den Falltest wurde eine Fall-höhe von 2 m angenommen, die die Erd-beschleunigung mit einbezieht. Als An-fangsgeschwindigkeit ergab sich 6.25mm/ms aus der Umwandlung von poten-tieller in kinetischer Energie.

Szenario 1 war ein freier Fall mit Aufprallauf eine starre Unterlage mit der Spitze derHandbrause. Ergebnis: Die mittleren Ab-stufungen öffnen sich zuerst, ohne dasssich die Brause an der Spitze öffnet.

Szenario 2 war ein freier Fall mit Aufprallauf eine starre Unterlage mit der flachenOberschale, in Szenario 3 erfolgte der

Aufprall mit der Unterschale mit einemNeigungswinkel von 10°. Erwartungsge-mäß liegt die maximale Beanspruchung inAbhängigkeit von der Aufprallposition anverschiedenen Stellen. Während im Sze-nario 1 die Spitze der Ober- und Unter-schale sowie die vorderen Schnapphaken

am meisten beansprucht werden, sind bei Szenario 2 die Oberschale und die seit-lichen Schnapphaken am meisten belastet.In Szenario 3 wirken die stärksten Kräfteauf den Hals in Ober- und Unterschalesowie auf die Wasserführung. Schon vordem Bau der ersten Prototypen der Hand-brause konnten sich die Entwickler vonHansgrohe vergewissern, dass das neueModell wichtigen Stabilitäts- und Funk-tionskriterien entspricht. Jochen Armbru-ster, Leiter CAE bei Hansgrohe: „Die Simu-lationen eröffneten die detaillierte Be-trachtung des Verhaltens sensibler spritz-gegossener Kunststoffbauteile. Sie gabenwichtige Anhaltspunkte für mögliche kleinekonstruktive Optimierungen des Produk-tes im Sinne einer exzellenten Produkt-qualität.“ <<



Ansprechpartner ANSYS Explicit

Dr.-Ing. Matthias Hörmann, CADFEM Grafing

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-41


www.hansgrohe.de

■ Kostenfreier Informationstag

ANSYS Strukturmechanik

29. April 2010 in Nürnberg

05. Mai 2010 in Hamburg

18. Mai 2010 in Stuttgart

22. Juni 2010 in Hannover

30. Juni 2010 in Hanau

09. September 2010 in Dortmund

Details, weitere Termine, Anmeldung

www.cadfem.de/infotage

■ Seminar

Einführung in die explizite Struktur-

mechanik mit ANSYS Explicit STR

01. – 02. Juni 2010 in Wien

15. – 16. Juli 2010 in Grafing b. München

12. – 13. Oktober 2010 in Aadorf (CH)

25 – 26. November 2010 in Dortmund

Details, Kosten, Anmeldung

www.cadfem.de/seminare

| Veranstaltungshinweise!

| Informationi

Bild 1: Gesamtmodell und Schnittmodell der Brause

Bild 2: Verschiedene Aufprallszenarien

1

2

3

Wenn der Staubsauger nur heiße Luft pro-duziert anstatt den Staub vom Wohnzim-merboden aufzusaugen, dann kann es umdie aerodynamische Effizienz des lärmen-den Haushaltsgehilfen nicht besonders gutbestellt sein.

Wie groß der vom eingebauten Radialge-bläse geförderte Luftstrom und der er-zeugte Unterdruck ist – beides Parameterfür die Saugleistung – hängt von der ae-rodynamischen Auslegung des Gesamtsy-stems aus Gebläserad, Diffusor und Um-lenkschaufeln ab.

Seit einiger Zeit befasstman sich am Lehrstuhlfür Strömungsme-chanik (LSTM) der

Universität Erlangen intensiv mit Untersu-chung und Optimierung von Radialgeblä-sen in Staubsaugern. Zentrales Werkzeugist dabei die Strömungssimulation mit demCFD-Programm (Computational Fluid Dy-namics) ANSYS CFX.

Die richtige Adresse, wenn es um Strömungssimulation gehtSo merkwürdig es klingt: Staubsauger-gebläse gehören zur Gattung der Turbo-maschinen. Auf deren Erforschung undEntwicklung hat sich eine Forschungs-

gruppe am LSTM-Erlangen spezialisiert. DasFeld reicht dabei vom Rotor einer Wind-kraftanlage mit 130 Metern Durchmesserbis hin zu Herzpumpen mit gerade einmal15 Millimetern Durchmesser. Das ganz be-sondere Interesse der Gruppe gilt der Un-tersuchung und Optimierung von Radial-gebläsen, zu denen auch die mit 30.000bis 50.000 U/min rotierenden Staubsau-gergebläse gehören.

Für ihre Arbeit können die Wissenschaft-ler – insgesamt sind am LSTM-Erlangen 65Mitarbeiter beschäftigt – auf neueste Ver-fahren und Methoden sowie modernsteAusrüstung zurückgreifen. So haben sieZugriff auf die Ressourcen des regionalenRechenzentrums Erlangen (RRZE) und dasdort installierte Woodcrest-Cluster. Das anPosition 329 der Top500-Liste geführt Rech-nernetz besteht aus 217 Compute Nodesmit je zwei Xeon 5160 „Woodcrest“ Chips(4 Kerne) und verfügt über einen NFS FileServer mit einer Kapazität von 15 TB.

Prozessintegration wird groß geschriebenANSYS CFX wird am LSTM bereits seit Jah-ren erfolgreich für die numerische Strö-mungssimulation eingesetzt. Auf der Ba-sis von Geometrien aus dem CAD-Pro-gramm Pro/ENGINEER erfolgt die Generie-rung der Simulationsmodelle mit ANSYSICEM CFD, das neben Werkzeugen für dieschnelle Netzgenerierung komplexer Geo-metrien alle für die Berechnung rotieren-der Maschinen benötigten Multiple Frameof Reference-Werkzeuge enthält.

Netzgenerator und CFD-Programm sind indie ANSYS Workbench eingebunden. Un-ter einer einheitlichen Bedienoberflächekönnen hier unterschiedliche Applikatio-nen (z.B. FEM, CFD, CEM) genutzt werden,wodurch das Programm prädestiniert istfür die Bearbeitung multi-disziplinärer Auf-gabenstellungen. So werden beispielswei-se mittels der Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)an den Rotorblättern von Windkraftanla-gen die Wechselwirkungen zwischen Luft-


Effizienzverbesserung von StaubsaugergebläsenDie Strömungssimulation mit ANSYS CFX ist integraler Bestandteil von Leistungsuntersuchungen an Radial-gebläsen.


Bild 1: Stromlinien der Durchströmung eines Staubsaugergebläses mit den Komponenten (von oben nach unten): Laufrad, Diffusor,

Umlenkkanal und Rückführgitter, Elektromotor, Motorgehäuse (grau). Bilder: ANSYS Germany

Bild 2: Stromlinien der

Strömung durch ein Ra-

dialrad (blau) mit Spiral-

gehäuse (transparent).

strömungen und den aus der Windkraftresultierenden Verformungen untersucht.

Die Kombination macht’sZur Lösung der anstehenden Aufgaben-stellungen hat sich am LSTM eine kombi-nierte Verfahrensweise herauskristallisiert.So wird die Grundauslegung des Systemsbasierend auf analytischen Betrachtungendes Energieumsatzes der Strömung imLaufrad vorgenommen, während die ei-gentliche Optimierung auf Basis der CFD-Simulation erfolgt. Die abschließende Va-lidierung schließlich geschieht über Mes-sungen auf Normprüfständen.

Waren früher Versuche die Grundlage ei-ner auf „Trial and Error“ basierenden ite-rativen Produktoptimierung, so wird die-ses zeit- und kostenintensive Vorgehen in-zwischen zunehmend durch das rechner-basierte sog. Virtual Testing ersetzt. Testsdienen heute vorrangig zur Aufnahme von

Ist-Zuständen, der Kalibrierung von Simu-lationsverfahren/-modellen sowie der Ve-rifizierung von Simulationsmethoden. DurchVirtual Testing können die Anzahl der Pro-totypen ebenso wie nachträgliche Modifi-kationen signifikant reduziert werden,

Komplexe Systeme mit ANSYS CFX analysierenMit ANSYS CFX, aufgerufen über dieANSYS Workbench, lassen sich komplexeSysteme schnell und mit relativ geringemAufwand detailliert untersuchen. ANSYSCFX bietet dazu umfassende Auswertungs-und Darstellungsmöglichkeiten, die sichmit der Power Syntax um eigene, in PERLgeschriebene, Post-Prozessing-Skripte fastbeliebig erweitern lassen.

Im Gegensatz zur Messung ermöglicht esdie Simulation, an jedem beliebigen Punktdes Berechnungsraumes neben Tempera-tur, turbulente Schwankungen, Enthalpieund Entropie auch abgeleitete Größen wieAblösungen und Versperrungen als Maßfür die tatsächliche Durchströmung desSchaufelkanals zu ermitteln. Das Ver-ständnis der Zusammenhänge und Ab-hängigkeiten wird auf diese Weise maß-geblich erweitert.

Sowohl bei der Optimierung als auch derNeuentwicklung legen die Strömungsspe-zialisten großen Wert darauf, dass zwecksVergleichbarkeit der Ergebnisse das Be-rechnungsmodell möglichst exakt dem phy-sikalischen Versuchsaufbau entspricht. ImFalle des Staubsaugergebläses wird, ana-log zum Versuch, die gesamte Messstreckeabgebildet, beginnend mit dem Ansaug-bereich, dem Gesamtsystem aus Lüfterrad,Diffusor, Umlenkkanal, Rückführgitter undMotor, sowie einem Ausströmgebiet.

Optimierung oder NeubeginnBei der Optimierung existierender Systemespielt der Versuch eine zentrale Rolle, damit ihm Referenzwerte als Basis für die an-gestrebte Effizienzsteigerung ermittelt undentsprechende Konstruktionsziele, übli-cherweise eine Effizienzsteigerung bei glei-chem Druck und gleicher Förderrate, for-muliert werden können.

Geht es dagegen um ein komplett neuesDesign, wird auf der Basis vorgegebenerSystemspezifikationen mit dem sogenann-

ten Inverse Full System Mean Line Design,einem inversen Auslegungsverfahren, einströmungsmechanisches Reverse Enginee-ring der kompletten Systemeinheit anhandvirtueller Modelle durchgeführt. Auf Basisder iterativ mit diesem Ansatz in ANSYSCFX ermittelten Geometrien ist eine Vali-dierung und iterative Verbesserung derKonstruktion zur Erreichung der Spezifi-kationen möglich.

FazitDie über zahlreiche Projekte ermittelte Ab-weichung zwischen Test und Simulationliegt im Bereich von fünf Prozent und we-niger. Durch diese gute Abbildung der Rea-lität wird gewährleistet, dass die berech-neten Verbesserungen nicht bloß in derTheorie existieren.

Am LSTM-Erlangen konnten für Staub-saugergebläse Effizienzverbesserungen vonüber 10 Prozent erreicht werden, je nachAusgangssituation sind aber auch Verbes-serungen bis zu 50 nicht außer Reichwei-te. Verständlich, dass bei solchen Ergeb-nissen kein Mangel an Anfragen und Auf-trägen aus der Industrie besteht. <<



Dr.-Ing. Philipp Epple, Mihai Miclea,

Prof. Dr.-Ing. Antonio Delgado,

Ulrich Feldhaus

www.lstm.uni-erlangen.de

Der Beitrag stammt von der ANSYS

Germany GmbH. ANSYS Germany ist ein

enger Partner der CADFEM GmbH und ist

das Kompetenzzentrum im Bereich der

Strömungssimulation mit ANSYS.

■ Informationtage

ANSYS CFD

(Ausrichter: ANSYS Germany)

27. April 2010 in Dresden

28. April 2010 in Hannover

12. Mai 2010 in Würzburg

18. Mai 2010 in Nürnberg

19. Mai 2010 in Wien

23. Juni 2010 in Aachen


www.ansys-germany.de

| Autoren✒

| Veranstaltungshinweis!

Bild 3: Qualitative Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung

bei der Durchströmung eines Staubsaugergebläses (s. auch

Bild 1)

Bild 4: Die Simulation eines saugseitigen Kammerprüfstands

nach DIN 24.163 (Einlauf links über Prallsieb, danach Gleich-

richter) zeigt eine sehr gleichmäßige Geschwindigkeitsvertei-

lung.

Gegenstand der Untersuchungen warenBindenähte in spritzgegossenen Halbzeu-gen aus mit Glasfaser (GF) gefülltem Poly-mermaterial. Natürlich kam für dieses Ma-terial nur ein Einsatz der Softwarekombi-nation ANSYS/Digimat in Frage. Denn im

Spritzguss hergestellte und mit GF gefüll-te Polymer Bauteile entfalten ihre komple-xen Eigenschaften erst durch die im Pro-zess aufgeprägte Mikrostrukturierung. MitDigimat ist es möglich, den Spritzguss inder Strukturmechanik über eine anisotrop-

nichtlineare Materialbeschreibung zu be-rücksichtigen. Der Anwender erhält rea-litätsgetreue Simulationsmodelle für seineBauteile, in denen sogar die Bindenähtemit abgebildet werden. Derartig kritischeRegionen können also unter Last unter-sucht werden. Und genau das haben wirim letzten halben Jahr zusammen mitMIELE getan.

Unser Interesse galt zunächst der gesam-ten Prozesskette, von der Herstellung derMessproben über deren Messung bis hinzur die Anpassung eines geeigneten Digi-mat Materialmodells. Der nächste Schrittwar die integrative Simulation, also dieKopplung der Strukturmechanik an die Er-gebnisse aus dem Spritzguss. Es hat sich inder Praxis gezeigt, wie viele Expertisen indem gesamten Unterfangen gebündeltwerden müssen. Spritzguss ist in den Unter-nehmen zumeist ein Thema für die Werk-zeugbauer. Für Material und Messung istdagegen die Werkstoffprüfung zuständig.Letztlich ist es aber der Entwicklungsinge-nieur, der auf einen geeigneten Input von

beiden Seiten angewiesenist. Das erfordert eine guteKommunikation und Klä-rung der Abläufe.

Was wir in unserem Projektnoch per Hand erledigenmussten, hat sich mit demim Januar 2010 erschienen4.0.1 Release von Digimatdeutlich vereinfacht. Heu-te steht dem Anwenderdas neue Modul digimat-MX zur Verfügung, mitdem die Erstellung vonnichtlinearen Mikro-Mate-rialmodellen auf Grundla-

ge von Messdaten weitgehend automati-siert ist (Bild 1). Darüber hinaus bietet MXdie Möglichkeit zur zentralen und konsi-stenten Datenspeicherung. MX ist also aucheine Datenbank mit entsprechender Such-funktionalität und dient der Kommunika-tion innerhalb der Digimat Community. MitMX können die Expertisen klar getrenntund damit sogar ausgelagert werden. DerMaterialexperte füttert die Datenbank, derAnwendungsingenieur bedient sich ausden dort abgelegten Modellen und fokus-siert auf seine Aufgabe, nämlich das De-sign des Bauteiles.

Dass Digimat mit dem integrativen Ansatzqualitativ wie quantitativ deutlich realisti-schere Ergebnisse liefert, konnten wir imletzten Jahr in mehreren Kundenbench-marks zeigen. Auch beim Projekt mit MIELEbrachen die Halbzeuge im Experiment undin der Simulation mit Digimat an derselbenStelle – nämlich an der Bindenaht (Bild 2und Infoplaner 2009/02). Nun steht aberdie integrative Simulation über den Digi-mat/ANSYS Workbench Wizard bereits alsStandardverfahren zur Verfügung. Dahergenügte uns diese einfache Aussage fürden Rahmen einer Masterarbeit nicht. Wirwollten auf einen Expertenlevel und unsdem Versagen in den Halbzeugen tiefer ge-hend widmen.

Der Bindenahtbruch hat komplexe Ursa-chen. Zum Einen unterscheiden sich ab-hängig von den Prozessbedingungen dieEigenschaften des Materials der Naht vonden mittleren Materialeigenschaften imBauteil. Ursache dafür können ein niedri-gerer Fasergehalt oder der Einschluss klei-ner Luftbläschen sein. Aber auch ein grund-legend unterschiedliches Verhalten des Ma-trixmaterials ist in der Bindenaht möglich.


Bis an die Grenzen des Versagens:

Integrative Simulation mit Digimat bei MIELE

Normalerweise sind die Momente im Leben eher selten, in denen einem das totale Versagen ein Lächeln aufsGesicht zaubert. In unserem Fall haben wir da eine Ausnahme gemacht. Wir erinnern uns an den Bericht imInfoplaner 2009/02 zu einem Projekt mit dem führenden Hausgerätehersteller MIELE, das im Rahmen desberufsbegleitenden Masterstudienganges an der esocaet stattgefunden hat. Im Januar dieses Jahres konnteCADFEM Mitarbeiter Jochen Häsemeyer an der Hochschule Landshut erfolgreich die Ergebnisse seiner Arbeitpräsentieren und hat damit die letzte Hürde zum „Master of Engineering Applied Computational Mechanics“genommen. Wir gratulieren ihm dazu!


Bild 1: Das mit der Version 4.0.1 neu erhältliche Modul digi-

mat-MX vereinfacht erheblich das Erstellen von Digimat Ma-

terialmodellen und bietet eine konsistente Lösung für Daten-

speicherung und –kommunikation.

Bild 2: Im letzten Jahr wurde im Rahmen einer esocaet Masterarbeit (siehe Infoplaner

2009/02) das Versagen von Bindenähten in Halbzeugen von MIELE genauer unter die

Lupe genommen (mit freundlicher Genehmigung durch Miele).

Es ist deshalb von Vorteil, die Elemente ander kritischen Stelle selektieren zu können,um anschließend die Faserorientierungenauf diese Elemente separat zu mappen (Bild2). Die Digimat Materialien für das Halb-zeug und die Bindenaht können dann ge-trennt definiert werden und es ist ein Leich-tes, zum Beispiel den Fasergehalt in derBindenaht zu reduzieren. Mit der Version4.0.1 ist dieses Mapping für Moldflow Mid-plane eine eingebaute Funktionalität in derSoftware. Natürlich muss ein solches Mo-dell immer noch an entsprechenden Zug-proben mit Bindenähten kalibriert werden.

Damit kommt man zur zweiten Ursache,dem diffizilen Verhalten des Versagens vonComposites, das von der Belastungsart ab-hängt. Man trifft auf die Schwierigkeit, dassdie Festigkeit parallel zur Glasfaser eine an-dere ist als senkrecht zur Faser. Indikato-ren, die diesem Verhalten Rechnung tra-gen, sind aus der Laminattheorie hinrei-chend bekannt. Sie können in Digimat fürdie lokalen Achsen der Glasfaserphase aufdem Niveau der Mikrostruktur angewen-det werden. Das Prinzip funktioniert, dadie lokalen Achsen die Hauptachsen derFaserorientierung aus der Spritzgusssimu-lation sind.

Aus Gründen der Praktikabilität haben wirdiesen Ansatz für ein Versagen nach Tsai-Hill 2D überprüft (Bilder 3 und 4). DerIndikator ist empfindlich auf Zugfestigkeitparallel (σ11) und senkrecht (σ22) zur Glas-faser, sowie Scherung in der entsprechen-den Ebene (σ12). Für die Kalibrierung sinddrei entsprechende Experimente an Pro-ben mit möglichst perfekt ausgerichtetenGlasfasern erforderlich. Diese Experimen-te bilden gleichzeitig die Grundlage für dasReverse Engineering der Materialeigen-schaften. Definiert auf die GF Mikrostruk-tur versagt das Material auf Zug parallelzur Faser bei 61%, senkrecht zur Faser bei85% und auf Scherung bei 70% der vollenBelastung. Im nächsten Schritt simuliertman gekoppelt an den Spritzguss, wobeider Indikator ƒA pro Element berechnet und als Digimat Variable in ANSYS ge-speichert wird. Die Auswertung erfolgtüber den skalaren Plot der Variable auf demBauteil (Bild 4). Ist der Indikator gut kali-briert, lassen sich schnell und zuverlässigAussagen über kritische Stellen im Bauteiltreffen.

Im Rückblick lässt sich sagen, dass diesesProjekt für CADFEM ein erster wirklich tieferEinstieg in alle Details der integrativen

Simulation war. Von derKalibrierung der Material-modelle bis hin zur Defini-tion und damit Auswertungdes Versagens konnten wirviele für die Praxis wichtigeErkenntnisse hinzu gewin-nen. Dass damit eine guteGrundlage für die Zukunftgeschaffen wurde zeigt sichdaran, dass MIELE auch in2010 fortfahren wird, sichmit dem Thema Digimatauseinander zu setzen. Dasgeschieht natürlich weiter-hin unter enger Betreuungseitens CADFEM. <<



Dr. Jan Seyfarth, CADFEM GmbH

Tel. +49 (0) 80 92-70 05 86


Jochen Häsemeyer, CADFEM GmbH

Dr.-Ing. Slav Dimitrov, CADFEM GmbH

Matthias Hollenhorst, MIELE


www.miele.de

■ Kostenfeies Webinar

Spritzgussbauteile in der Strukturmecha-

nik – Integrative Kopplung mit Digimat

Grundlegende Informationen zur integrati-

ven Simulation mit ANSYS und Digimat

12. Mai 2010, 10:00 – 11:00 Uhr


www.cadfem.de/webinare

■ Schnuppertraining

Digimat: Nichtlineare Berechnung von

Komposit-Materialien

Ganztägiger Workshop mit Vorstellung der

Digimat Module und gemeinsamen Übun-

gen am Rechner.

10. Mai 2010 in Aadorf (CH)

18. Mai 2010 in Hannover

13. Juli 2010 in Grafing b. München


www.cadfem.de/schnuppertrainings

■ Kongress

kunststoffe+SIMULATION

05. – 06. Mai 2010 in München

www.hanser-tagungen.de/simulation

CADFEM stellt Digimat in einem Fach-

vortrag und an einem Infostand vor.

| Autoren✒


Bild 4: In der anisotrop nichtlinearen Digimat Rechnung tritt eine deutliche Plastifizie-

rung in der Bindenaht auf. Der Tsai-Hill 2D Indikator prognostiziert das Bauteilversa-

gen an genau dieser Stelle.

Bild 3: Mit Digimat kann das makroskopische Versagen von

Material auf die Mikrostruktur projiziert werden. Wählt man

einen Indikator wie zum Beispiel Tsai-Hill 2D, so ist es möglich

das Versagen entlang der Ausrichtung der Glasfasern, senk-

recht zur Glasfaser und auf Scherung in der 12 Ebene unter-

schiedlich zu beschreiben.

CAE bei DeWALTMit Hilfe von CAE wird in der DeWALT-Bohr-hammerentwicklung das prospektive Pro-dukt insbesondere auf Funktionalität, Funk-tionssicherheit und Haltbarkeit „überprüft“,bevor physische Prototypen existieren. DieAnwendung von CAE liegt dabei überwie-gend im Bereich der Strukturmechanik, d. h. in der Simulation von statischen unddynamischen Belastungen des Bohr- bzw.Meißelhammers aufgrund von Kräften, Be-schleunigungen und Stößen. Weitere An-wendungsgebiete sind die Mehrkörper- undStrömungssimulation. Innerhalb der struk-turmechanischen Berechnungsaufgaben istLS-DYNA die mit Abstand wichtigste Soft-ware im Entwicklungsprozess der DeWALT-Bohr- und Meißelhämmer.

Die Black & Decker Corporation mit Haupt-sitz in Towson (Maryland), USA – gegrün-det 1910 – gehört mit einem Umsatzvolu-men von 6,1 Milliarden US $ im Geschäfts-jahr 2008 zu den führenden Elektrowerk-zeugherstellern der Welt. Das Produkt-portfolio umfasst neben den Elektrowerk-zeugen mit den Marken Black & Decker,DeWALT, Delta und Porter Cable noch Be-festigungs- & Schlosssysteme.

Standorte der DeWALT-Produktentwicklungsind neben dem Hauptsitz in Towson,Spennymoor (UK) mit dem Verantwor-tungsbereich Elektrohandsägen und Idsteinin der Nähe von Wiesbaden mit dem Ge-schäftsbereich Beton. Der Standort Idsteinist vornehmlich mit der Entwicklung vonBohrhämmern für den professionellen Ein-satz betraut. Die DeWALT-Hammerreiheumfasst vom kleinen 2,5 kg Akkugerät biszum großen 30 kg Abbruchhammer ins-gesamt ca. 20 Bohr- und Meißelhämmer(Bild 1).

In der Produktpalette des DeWALT-Labelsstellt der Bohrhammer eines der technischkomplexesten Produkt dar (Bild 2). Ein Bohr-hammer besteht im Wesentlichen aus einemelektrischen Antrieb mit Getriebe, einer Elek-tronikeinheit mit Schalter, einem Hammer-antrieb mit Kupplung, dem Hammerwerk,einem Außengehäuse mit Handgriff unddem Werkzeughalter. Diese Subsysteme sindim Betrieb härtesten Belastungen ausge-setzt. Die Komplexität eines Hammers ge-paart mit der vom Kunden erwarteten Halt-barkeit eines Profigerätes stellt die beson-dere Herausforderung im Entwicklungspro-zess von Bohrhämmern dar. Erschwerendkommt in diesem Zusammenhang hinzu,dass sich ein Bohrhammer durch die Ar-beitweise des Mechanismus – dieser erzeugtharte Schläge und ist starker Wärme- undSchmutzbelastung ausgesetzt – zwangs-läufig in einem definierten Zeitraum quasi„selbst zerstört“ (Zeitfestigkeit).

LS-DYNA wird bei der Black &Decker GmbH weit über die klas-sische Falltestsimulation vonGeräten hinaus eingesetzt. MitLS-DYNA werden in der DeWALT-Bohrhammerentwicklung viel-fältige strukturmechanische Fra-gestellungen zu den verschiede-nen Hammerbaugruppen be-antwortet. Besonders bei derHammerwerkauslegung in Hin-blick auf unerwünschte Leer-schläge des Gerätes können fürdas Gerät schädliche Stosswel-len in Bohrspindel und Futter si-muliert werden. Weiterhin wird

die rechnerische Abbildung des gesamtenHammerantriebstranges sowie die Durch-führung umfassender Missbrauchsimu-lationen ermöglicht.

Um im „Spannungsfeld“ der verschiede-nen Produktanforderungen wie Qualität,Funktionalität, Entwicklungszeit und Pro-duktkosten einen maximalen Nutzen ausder Anwendung von CAE ziehen zu kön-nen, sind – neben der Festlegung des sinn-vollen Einsatzmaßes und Einsatzgebietes -die Einsatzzeitpunkte im Produktentwick-lungsprozess zu koordinieren. Der Einsatzvon CAE im Produktentwicklungsprozesswird in Abhängigkeit vom „Reifegrad“ desProduktes in die Bereiche Konzept-, Pro-duktentwicklungs- und Prototypentest-phase unterteilt.


Black & Decker ... & LS-DYNA

Die Entwicklung von modernen Elektrowerkzeugen für den Hausgebrauch, insbesondere aber für den pro-fessionellen Einsatz erfordert auch ein besonderes Augenmerk auf Robustheit und Haltbarkeit der Geräte.Zur Sicherstellung dieser Attribute ist die computergestützte Simulation ein zentrales Werkzeug während desgesamten Entwicklungsprozesses der Black & Decker GmbH.


Bild 2: Komplexes Design eines DeWALT-Bohrhammers

Bild 1: Ausschnitt aus der DeWALT-Bohr- und Meißelhammerfamilie. Bilder: Black & Decker

AußenstrukturBei Gestaltung der Außenstruktur einesBohrhammers stehen, neben den ergono-mischen und designspezifischen Aspekten,Robustheit und Sicherheit des Gerätes im

Vordergrund. So muss ein elektrischesWerkzeug einen Falltest aus einer defi-nierten Höhe ohne größere Beschädigun-gen überstehen, d.h. das Gerät darf z.B.nach einem Fall aus 1 m Höhe keine Risseoder Spalte aufweisen, die das Berührenvon elektrisch leitenden Teilen ermöglichenwürden.

Ein weiterer Aspekt hinsichtlich der Ausle-gung der Außenstruktur ist die Robustheitdes Gerätes bei missbräuchlicher Anwen-dung. Die Elektrogeräte sollten auch be-dingt unsachgemäße Behandlungen schad-

los überstehen.

Hammerwerk und HammerantriebDas pneumatische Ham-merwerk hat die Aufgabeden eigentlichen Schlag zuerzeugen. Im Hammerbe-trieb mit belastendemMeißel trifft hierbei derSchlagkörper auf den soge-nannten Döpper, welcherwiederum anschließend aufden Meißel auftrifft. Befin-det sich jedoch kein Meißelim Gerät oder ist dieser un-belastet (der Anwender er-zeugt keine Druckkraft aufden Hammer), kann es zuLeerschlägen im Gerät kom-men. Bei einem Leerschlagwird die erzeugte Schlagen-ergie nicht in den Beton„transferiert“ und „ver-bleibt“ somit im Gerät. DerDöpper schlägt dabei unge-bremst in die Spindel, wo-durch eine hochdynamischeLongitudinalschwingung (inAchsrichtung) in dieser er-zeugt wird. Aus dieserSchwingung resultieren u.a.hochfrequente Spannungs-verläufe innerhalb der Spin-delstruktur, die insbesonde-re an Querschnittssprüngender Struktur zu Mikroschä-digungen im Bauteil führenkönnen. Zur Unterbindungder Leerschläge besitzt einHammerwerk eine soge-nannte Fangeinrichtung fürden Döpper. Im praktischenEinsatz des Gerätes lassen

sich jedoch nicht alle Leerschläge vermei-den, so dass diese Belastungsart bei derAuslegung der Hammerwerksbauteile zuberücksichtigen ist.

Der Hammerantrieb eines Bohr- bzw.Meißelhammers muss auf Dauerfestigkeitausgelegt werden. In der Entwicklungsphase

ist es folglich notwendig, die Belastung dereinzelnen Bauteile zu kennen und sie aufDauerfestigkeit zu bewerten. Mit LS-DYNAist es möglich, die Simulation des Ham-merantriebs in einem „Arbeitsgang“ durch-zuführen. Unter der Verwendung von aus-gewählten Gelenkdefinitionen (Joints),manueller Definition der Flächenkontakte(inkl. Reibung) und zeit- bzw. wegabhän-giger Definition der weiteren Randbedin-gungen (wie z.B. Druck, Verschiebung etc.)ist eine sehr leistungsfähige Abbildung desHammerantriebs mit elastischen Körpernmöglich. Sie erlaubt die Berechnung der er-forderlichen Spannungsverläufe gleichzei-tige für alle Bauteile und für einen vollenSchlagzyklus. (Bild 4).

WerkzeughalterDer Werkzeughalter – auch Futter genannt– dient zur Aufnahme und Arretierung desBohrers bzw. des Meißels. Ein Futter unter-liegt neben Reibungsverschleiß vielfältigenBelastungen, die vornehmlich aus Hammer-schlägen (insbesondere Leerschläge) undmissbräuchlicher Anwendung (Auszugs-und Biegekräfte) resultieren. Vergleichbarmit dem Hammerwerk werden Werkzeug-halter ebenfalls mit LS-DYNA auf derenLeerschlagbelastung überprüft (Bild 5).Ebenso wird das Futter standardmäßig ei-ner Missbrauchsimulation unterzogen, umpotentielle Strukturschwächen zu identifi-zieren. <<



Andreas Syma, Black & Decker GmbH

www.blackanddecker.com

Ansprechpartner LS-DYNA


Tel. +49 (0) 80 92-70 05-41


Dieser Beitrag ist eine Zusammenfassung

des Vortrags „LS-DYNA in der Entwicklung

von professionellen Bohrhämmern“, den

Andreas Syma auf dem CADFEM Users’

Meeting 2009 in Leipzig gehalten hat.

Der vollständige Vortrag kann

heruntergeladen werden unter:

www.usersmeeting.com/syma.pdf

| Autor✒

| Informationi

Bild 4: Ergebnisse einer Hammerantriebsimulation für verschiedene Designs des Tau-

melrings

Bild 3: Typische Falltestsimulation eines Bohrhammers mit Antivibrationshandgriff

Bild 5: Ergebnisse einer Fügesimulation mit LS-DYNA für einen Werkzeughalter

Lamy ist ein unabhängiges Familienunter-nehmen, das 1930 von C. Josef Lamy inHeidelberg gegründet wurde. Seit 1952gibt es die Marke LAMY, die ihre Innova-tionskraft bereits im ersten Jahr mit der völ-lig neuartigen Füllhalter-Serie LAMY 27 be-wies. Und 1966 wurde dann mit demLAMY 2000 die unverwechselbare For-mensprache von Lamy, das Lamy Design,aus der Taufe gehoben.

Mit einer Jahresproduktion von über 6 Mil-lionen Schreibgeräten und einem Umsatzvon mehr als 50 Millionen Euro ist Lamyheute nicht nur Marktführer in Deutsch-land, sondern gehört auch zu den deut-schen Designmarken, deren Produkte welt-weit eine Sonderstellung einnehmen.

Innovativ ist Lamy nicht nur hinsichtlich De-sign und Funktionalität der Produkte. Auchbei den Produktentwicklungsprozessensetzt das Unternehmen schon heute Werk-zeuge und Methoden ein, die bei vielenanderen Herstellern noch weitgehend un-bekannt sind.

Im Mittelpunkt eines gemeinsam mitCADFEM durchgeführten Pilotprojektesstand ein Drehbleistift für Kinder. Der Dreh-bleistift besteht aus einer Hülle aus Kunst-stoff und Holz, die im Inneren für die Mi-nenführung eine Passform enthält, in diedie dünne Bleistiftmine eingelegt wird.Durch Drehen des hinten sitzenden Wür-fels lässt sich die Mine vorwärts schieben.Diese Minenführung ist buchstäblich „derKnackpunkt“ des Schreibgerätes, denn hierkann es bei entsprechenden Fallpositionenzu einem Bruch kommen, was die Funk-tionalität des Gesamtsystems beeinträch-tigt. Ein Re-Design des Drehbleistiftes undim speziellen der Minenführung war aus

Kostengründen ausgeschlossen, so dassfür die Optimierung des Aufprallverhaltensin erster Linie die Verwendung eines alter-nativen Materialsystems in Betracht gezo-gen wurde.

Vernetzung in ANSYS Workbench, Defeaturing mit ANSYS DesignMode-ler, Berechnung mit LS-DYNADas Werkzeug bei diesem gemeinsamenSimulationsprojekt von CADFEM und Lamywar ANSYS Explicit STR, das die Analysehochgradig nichtlinearer Phänomene in derkomfortablen ANSYS Workbench Umge-bung erlaubt.

Das zu berechende Bauteil erscheint aufden ersten Blick einfach. Auf den zweitenBlick wird aber deutlich, dass der Dreh-

bleistift ein durchaus komplexes „Innenle-ben“ hat mit vielen kleinsten strukturme-chanischen Details und Materialpara-metern. Trotzdem erforderte die Aufberei-tung des sehr detailgetreuen Modells inANSYS Workbench nur zwei Tage. Geradedie Bereiche, die hinsichtlich der Beschä-digung der Minenführung als besondereskritisch eingestuft wurden, erforderten eineextrem feine Vernetzung (Bild 2). Die we-niger relevanten Bereiche wurden mitANSYS DesignModeler vereinfacht undentsprechend gröber vernetzt. Die Be-rechnung des Models, das schließlich ausüber 400.000 Elementen bestand, nahmzwei Stunden Berechnungszeit auf einerMaschine mit vier CPUs in Anspruch. Hierkam innerhalb ANSYS Workbench der LS-DYNA Solver zum Einsatz.


Wenn ein LAMY Schreibgerät auf den Boden fällt ...... soll es nach Möglichkeit seine Funktionalität erhalten. Dies ist ein Qualitätsanspruch, dennicht nur die Kunden an eine Premiummarke wie LAMY stellen, sondern vor allem auch der Herstellerselbst. Deshalb beschäftigt man sich bei der C. Josef Lamy GmbH bereits intensiv mit der Fragestellung, wieinsbesondere sensible Geräte mit einer hohen „Fallwahrscheinlichkeit“, etwa Schreibgeräte für Kinder, schonim Entwicklungsprozess auf dem Wege der Simulation auf ihr Aufprallverhalten hin untersucht und optimiertwerden können.

Bild 1: Geometrie und vernetztes Komplettmodell. Bilder: LAMY

Bild 2: Der für Beschädigungen kritische Bereich der Minenführung


Der kritische BereichDie Mine steckt im Bleistift in der bereitserwähnten Minenführung. Diese wieder-um läuft in einem Gewinde. Durch Drehender inneren Welle über den äußeren Wür-fel am Ende des Bleistiftes kann die Minendann vorwärts geschoben werden. Genaudieser Bereich der Minenführung, nämlichdie Gleitblöcke, ist die kritische Zone füreventuelle Beschädigungen.

Neben dem eigentlichen strukturmechani-schen Verhalten der Komponenten galt dasbesondere Interesse dem Materialverhal-ten der Minenführung. Gegenübergestelltwurden die Werkstoffe zweier Anbieter.

Der eigentliche Falltest entsprach einemvertikalen Aufprall (= maximale Kraftwir-kung) mit der Spitze des Schreibgerätes auseiner Höhe von einem Meter mit einer An-fangsgeschwindigkeit von 4430 Millime-ter pro Sekunde. Dieser findet auf einenachgiebige Unterlage statt, deren Ein-drückverhalten experimentell untersuchtund in der numerischen Simulation berück-sichtigt wurde.

Der große Vorteil eines virtuellen Falltestsgegenüber von Realtests ist, dass die Fall-situation permanent und auf exakt deridentischen Modelldatenbasis beliebig oftund mit beliebig vielen Modifikationen wie-derholt und unmittelbar verglichen wer-den kann.

ErgebnisseBei der Auswertung der Ergebnisse von Ex-periment und Simulation gab es folgendeBeobachtungen:

Die Minenführung und insbesondere dieGleitblöcke werden bei einem Falltest hochbeansprucht. Ein potentielles Versagen desGleitblockes ist bei Verwendung der ur-

sprünglichen Materialauswahl sehr wahr-scheinlich. Hingegen zeigt sich bei Ver-wendung des alternativen Materials einqualitativ deutlich verbessertes Verhaltenmit einer sehr viel geringeren Ausfall-wahrscheinlichkeit. Zusätzlich konnte durchden detaillierten Einblick in die Struktur inder Simulation ein Verdrehen der Mine undder Minenführung festgestellt werden.

Die Ergebnisauswertung machte zudemdeutlich, welche weiteren Stellen des Blei-stifts besonders anfällig für Schädigungensind.

Bei näherem Hinsehen ergaben sich spe-ziell im Kontaktbereich des Gleitblockesmit der Windung starke plastische Verfor-mungen, die ein Bauteilversagen begün-stigen. In der Druckzone war dieses Phä-nomen dagegen nicht zu beobachten.

Die Ergebnisse deckten sich mit Messwer-ten aus dem Versuchslabor. (Bild 3).

Diese hohe Übereinstimmung mit den Wer-ten aus den Realtests macht die Simulationnicht nur für die Optimierung des Auf-prallverhaltens interessant, sondern zeigtauch ihr Potenzial für andere Anwendun-gen, etwa für die Analyse des Biegever-haltens oder des Zusammenspiels ver-schiedener Komponenten bei Zusammen-bau und Nutzung der Schreibgeräte.

In diesem – im wahrsten Sinne des Wortes„Fall“ – konnten durch die Simulation zueinem äußerst frühen Zeitpunkt im Ent-wicklungsprozess zusätzliche Erkenntnissezum Verhalten kleinster Details einzelnerBauteile sowie der Gesamtsystems „Dreh-bleistift“ gewonnen werden.

Daraus lassen sich signifikante Zeit- undKostenvorteile ableiten, die im Wesent-

lichen aus der Reduktion der Anzahl zeit-intensiver Prototypentests (bei gleichzei-tig besserem Detailverständnis) und dergezielten Auswahl und Menge vonMaterialien resultieren. <<




Steffen Schiele, CADFEM Grafing

www.lamy.de

Ansprechpartner ANSYS Explicit

und LS-DYNA


Tel. +49 (0) 80 92-70 05-41



ANSYS Strukturmechanik

29. April 2010 in Nürnberg

05. Mai 2010 in Hamburg

18. Mai 2010 in Stuttgart

22. Juni 2010 in Hannover

30. Juni 2010 in Hanau

09. September 2010 in Dortmund

Details, weitere Termine, Anmeldung


■ Seminar

Einführung in die explizite Struktur-

mechanik mit ANSYS Explicit STR

01. – 02. Juni 2010 in Wien

15. – 16. Juli 2010 in Grafing b. München

12. – 13. Oktober 2010 in Aadorf (CH)

25 – 26. November 2010 in Dortmund

■ Seminar

Einführung in LS-DYNA

26. – 28. Mai 2010 in Lausanne (CH)

23. – 25. Juni 2010 in Dortmund

01. – 03. September 2010 in Hannover

17. – 19. November 2010 in Stuttgart




| Informationi

| Autoren✒

Bild 3: Situation an der Minenführung und am Gleitwürfel; Vergleich Messung und Simulation

Weit weg & hoch hinaus


CADFEM

Kiripotib, Namibia, 05. Januar 1010Das Wetter versprach zunächst nicht vielGutes. Am Vortrag war ein mächtiges Ge-witter in der Wüste niedergegangen undhatte viel Feuchtigkeit aus Angola mitge-bracht. Nach dem Start um 9:00 in Kiripo-tib erschwerten tief hängende Wolken überder Kalahari zunächst das Vorankommen.Es ließen sich kaum Höhen über 2.500 Me-ter erreichen. Da die Kalahari im Schnitt et-wa 1.000 Meter über dem Meer liegt undkaum Gelegenheit zum Landen bietet, sindsolche Bedingungen nicht optimal.

Der erste Kurs führte nach Südwesten inRichtung Mata Mata, einer Grenzstationan der südafrikanische Grenze, die etwa350 km von Kiripotib entfernt liegt. Die Be-dingungen wurden zunehmend besser, dahier eine trockenere Luftmasse dominier-te. Je näher Mata Mata kam, desto besserwurde das Wetter. Die Thermikwolken stie-gen an auf bis zu 4.000 Meter mit Steig-werten um 3 Meter/sec, was Schnittge-schwindigkeiten um 130 km/h ermöglichte.Nachdem Mata Mata erfolgreich umrun-det war, führte der zweite Kurs nachHelmeringhausen im Südwesten Namibias.

Dabei war eine Distanz von weiteren 330km zu bewältigen.

Der Kurs führte vorbei an der wohl be-kanntesten Sehenswürdigkeit der südlichenKalahari, dem Brukkaros. Es handelt sichdabei um einen vor 80 Millionen Jahrenentstandenen Vulkanberg. Der Himmel warjetzt fast wolkenlos und die Sonne konn-te über die Wüste ihre volle Kraft entfal-ten. Die Steigwerte legten zu auf bis zu 6 m/sec, was selbst für diese entlegenenWüstengebiete ein außergewöhnlicherWert ist. Die Aufwinde erreichten hier ei-ne Höhe von bis zu 5.000 Metern, und sokonnte der zweite Wendepunkt bereits um14:30 umrundet werden. Die Restdistanzzum Heimatflugplatz war auf nunmehr 340km geschrumpft und somit war die Voll-endung meines ersten Streckensegelflugesüber 1.000 km eigentlich nur noch eineFormsache.

Richtung Nordosten spielte das Wetter lei-der nicht mehr mit. Bereits 100 km vor demZiel kündigten mächtige Wolken das näch-ste Tropengewitter aus Angola an. Gewit-ter sind für den Streckensegelflug ein mei-stens unüberwindliches Hindernis, wennsie nicht umflogen werden können. Es folg-te ein zweistündiger Kampf mit den Na-turgewalten und schließlich die Landungsüdlich vom Heimatflugplatz im Segel-flugzentrum Bitterwasser, um der herein-brechenden Dunkelheit zuvor zu kommen.

Trotz der nicht vollendeten Strecke war esein grandioser Flug, der mir noch lange inguter Erinnerung bleiben wird.

Klaus Schönborn

<<

Auch in mehreren Tausend Metern Höhe reicht das Auge

nicht aus, um die ganze Weite des Landes zu erfassen.

CADFEM Mitarbeiter Klaus-Dieter Schönborn und der ehemalige CADFEM Diplomand Andreas Lutz habensich im Winter 2009/2010 außergewöhnliche Ziele ausgesucht, um Ihr Hobby, das Segelfliegen auszuüben:Während der eine drei Wochen lang kreuz und quer über Namibia unterwegs war, segelte der andere inSüdamerika zwischen den Gipfeln der Anden und der Pazifikküste.

CADFEM


Chile, im Januar 2010Als ein besonderes Studiums-Abschluss-geschenk an mich selbst und durch vieler-lei glückliche Umstände konnte ich denWinter im warmen Südamerika mit Segel-fliegen zu verbringen. Um genau zu seinin Santiago de Chile. Von ein paar Fotoskonnte ich erahnen welches Abenteuermich in den Anden erwarten würde. Dochdas ganz dann mit den eigenen Augen zusehen war schlichtweg überwältigend.

Die unbeschreiblichen Farben der Naturund die Erfahrung, dicht an den größtenBergen der Anden vorbeizufliegen z.B. amknapp 7000 Meter hohen Aconcagua lässteinen erst erkennen wie klein wir Men-schen sind.

Über einer der entlegendsten Gegendender Erde gleitet man in der Abendstim-mung zurück über die Skyline von Santia-go. Krasse Gegensätze bestimmen dieseGegend: arm und reich in unmittelbarerNachbarschaft einerseits. Andererseits ei-ne Millionenstadt, die man verlässt umdann Hunderte von Kilometern ohne An-zeichen von Zivilisationen zu überfliegen,stattdessen plötzlich ein paar Kühe und La-mas an Stellen auf bis zu 4000 Höhe, woman ins Grübeln kommt, wie die Tiere dorthingelangt sind.

Gletscher in ungeahntem Ausmaß, der Ge-ruch der Vulkane und viele einzigartige Ein-drücke mehr werde ich mein Leben nichtmehr vergessen.

Andreas Lutz

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Klaus-Dieter Schönborn

CADFEM GmbH, Stuttgart


www.cadfem.de

Andreas Lutz

Schempp-Hirt Flugzeugbau GmbH,

Kirchheim/Teck


www.schempp-hirth.com

Captimax – aerial picture by David Wall

privat

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ANSYS ist heute der größte unabhängige Anbieter von CAE-Tech-nologie weltweit und bietet seinen Anwendern die leistungs-fähigsten Werkzeuge zu praktisch jedem Bereich der Simula-tionstechnik.

ANSYS WorkbenchDie Vision von ANSYS wurde durch die ANSYS Workbench-Um-gebung realisiert. Hierbei handelt es sich nicht einfach um ein Pro-dukt, sondern um eine vollständige CAE-Umgebung. Sie integriertProgramme von ANSYS unter einer einheitlichen Arbeitsoberflächeund öffnet die Ankopplung an Software anderer Anbieter.

Von CAD bis DatenmanagementVon der CAD-Anbindung über Modellerstellung, physikalische Be-rechnung, Auswertung, Parametermanagement, Optimierung undintelligentes Datenmanagement werden sämtliche Schritte im Si-mulationsprozess mit Hilfe der Workbench definiert und grafischanschaulich verknüpft. Die Datenverwaltung und das Schnittstel-lenmanagement zwischen den Programmen erfolgen automati-siert im Hintergrund und geben den Anwender dadurch mehr Zeitfür seine eigentlichen Aufgaben. Einmal definierte Simulations-prozesse beliebiger Komplexität können jederzeit erneut aktiviertund mit minimalem Aufwand variiert werden. Natürlich ist ANSYSWorkbench 2.0 auch offen gegenüber Produkten von Drittanbie-tern.

Exklusiv in ANSYSWorkbench-Software und -Technologie sind ein Alleinstellungs-merkmal von ANSYS in der CAE-Industrie. Kein anderer Anbieterbietet einen vergleichbaren Integrationsgrad für derart umfas-sende und leistungsstarke Simulationswerkzeuge.

Permanente WeiterentwicklungANSYS reinvestiert einen großen Teil der Umsatzerlöse in die Weiter-entwicklung und den Ausbau der Software. Auf den Seiten 30 bis35 stellen wir Ihnen junge Mitglieder der ANSYS Produktfamilie vor.

CADFEM: Ihr ANSYS Competence Center FEMCADFEM betreut seit über 25 Jahren die CAE-Technologie vonANSYS, Inc. im deutschsprachigen Raum und als ANSYS Compe-tence Center FEM Anwender aus Industrie und Forschung mit Soft-ware von ANSYS und komplementären Produkten. Seminare undAnwendersupport, Consulting und Entwicklung sind Dienstlei-stungen von CADFEM für eine optimale Nutzung von CAE. <<


Ihr ANSYS Competence Center FEM

ANSYS

Der Name ANSYS steht für unabhängige führendeSimulationstechnologie für praktisch alle Physiken:

• Einzigartige Anwendungsbreite- Implizite und explizite Strukturmechanik- Strömungsmechanik- Temperaturfelder- Elektromagnetik

• Umfassende Funktionalität innerhalb jeder Physik

• Multiphysik: Direkte Kopplungsmöglichkeiten

• Skalierbarkeit nach individuellen Anforderungen:Von konstruktionsnah bis High-End

• Offenheit und Flexibilität zur vertikalen Integrationund Kopplung mit anderen CAE-Systemen

• ANSYS EKM: Verwaltung und Archivierung vonSimulationsdaten und -prozessen

www.cadfem.de/ansys

ANSYS & CADFEM

ANSYS


Komplementäre CAE-Software zu ANSYSDiese Produkte sind standalone oder als in ANSYS integrierte bzw. über Schnittstellen eng angebundene Lösungen erhältlich.

EXPLIZITE LS-DYNA mit LS-OPT und LS-PrePost stehen insbesondere für Simulationsanwendungen in denSTRUKTURMECHANIK Bereichen Crash und Metallumformung.

www.cadfem.de/ls-dyna

OPTIMIERUNG optiSLang ist eine Software für die parametrische Sensitivitätsanalyse, multidisziplinäre Optimie-rung, Zuverlässigkeits- und Robustheitsbewertung sowie für die Robust Design Optimierung.www.dynardo.de

MATERIALDESIGN DIGIMAT ist als eigenständiges virtuelles Materiallabor einsetzbar, als Materialschnittstelle instrukturmechanischen Rechnungen mit ANSYS und LS-DYNA oder als vollständiges Interfacezwischen Spritzgusssimulation und Strukturmechanik.www.cadfem.de/materialdesign

LACKIERPROZESSE VirtualPaintShop (VPS), ursprünglich von CADFEM für die BMW Group entwickelt, ermöglicht die rechnerische Simulation des gesamten Lackierprozesses von Fahrzeugkarosserien und anderer Strukturen.www.virtualpaintshop.com

BIOMECHANIK Mit AnyBody kann die Mechanik des menschlichen Bewegungsapparates unter Berücksichtigungder Muskeln analysiert werden. Damit sind z.B. Aussagen über Muskel- oder Gelenkkräfte, die elastische Energie in Sehnen oder die antagonistische Muskelaktivität möglich. In der Kombina-tion mit ANSYS können so auf Implantate und Prothesen wirkende Kräfte berechnet werden .www.cadfem.de/anybody

BLECHUMFORMUNG Die FTI Forming Suite ist ein modulares Programmpaket zur Bewertung der Umformbarkeit von Blechbauteilen, zur Berechnung von Platinenzuschnitten, Platinenschachtelung, Schachtelung von Folgeverbundprozessen und Optimierung von Materialkosten. FTI Forming Suite Produkte sind standalone und CAD-integriert (u.a. CATIA) verfügbar.www.cadfem.de/fti

Ansprechpartner ANSYS Software

DeutschlandDr.-Ing. Volker BäumerTel. +49 (0) 80 92-70 05-51E-Mail [email protected]

Oder CAE-Line

(Freecall) 0800-CADFEM (alternativ: 0800-1-22 33 36)E-Mail [email protected]

SchweizMarkus DutlyTel. +41 (0) 52-3 68 01-02E-Mail [email protected]

ÖsterreichAlexander DopfTel. +43 (0) 1-5 87 70 73-14E-Mail [email protected]

• ANSYS Produkte: www.cadfem.de/ansys

• ANSYS Seminare: www.cadfem.de/seminare

• ANSYS Support:www.cadfem.de/support

• ANSYS Infotage (kostenfrei):www.cadfem.de/infotage

• ANSYS Webinare (kostenfrei):www.cadfem.de/webinare

• ANSYS bedarfsgerecht mieten: www.eCADFEM.com

• Hardware für ANSYS: www.cadfem.de/hardware

• ANSYS Customization: www.cadfem.de/entwicklung

| Informationi

CADFEM kooperiert eng mit der ANSYS Germany GmbH (www.ansys-germany.de),dem Competence Center CFD in Zentraleuropa mit dem Schwerpunkt Strömungs-simulation.

VirtualPaintShop®

Maxwell ist ein neuer Teil der ANSYS Suitefür die Auslegung von elektromechanischenSystemen. Durch die Verzahnung der Ein-zelwerkzeuge und dem Austausch vonDaten mit ANSYS Mechanical und ANSYSCFD sind komplexe Berechnungen vonelektromechanischen Systemen, z.B. ther-mische oder akustische Wechselbeziehun-gen, schnell und effizient in ANSYS Work-bench möglich.

Maxwell ist das FEM-basierte Modul für dieBerechnung niederfrequenter elektrischerund magnetischer Felder. Ergänzt wird esim Bereich der analytischen Berechnungvon Elektromotoren durch RMxpert bzw.von Spulensystemen durch PExpert sowiezur Systemsimulation mit Simplorer.

Die Berücksichtigung von orthotropennichtlinearen magnetischen Materialeigen-schaften und speziellen Laminatmodellenfür Elektrobleche erlaubt die genaue Be-stimmung von Verlusten. <<

Merkmale von Maxwell

• 3D/2D-transiente nichtlineare FEM-Simulationen mit Bewegungen undangekoppelten externen Schaltungen

• Präzise Lösung von Wirbelstrom-aufgaben unter automatischer Berücksichtigung von Skintiefen

• Analyse statischer nichtlinearer Magnet-felder und Ableitung von Parameternfür die Weiterverwendung in System-simulationen mit Kennfeldern

• Schneller und effektiver Aufbau undBerechnung von Elektromotoren

• Berücksichtigung orthotroper nicht-linearer magnetischer Materialeigen-schaften und spezieller Laminatmodel-le für Elektrobleche

• Lösung elektrischer Feldaufgaben(transient, Elektrostatik, Stromleitung)


Neue ANSYS Produkte

Elektromagnetische FEM-Feldsimulationen imNiederfrequenzbereich für ElektromechanischeAnwendungenMaxwell

ANSYS

■ Kostenfreies Webinar

Elektromagnetische Analysen

mit Maxwell und Systemsimulation

mit Simplorer

Details, Termine, Anmeldung



ANSYS Mechatronik



■ Seminar

Simulation elektromagnetischer Felder

mit Maxwell

• Grundlagen der Magnetfeldsimulation

• Struktur und Bedienung

• Statische Feldsimulationen an

ausgewählten Beispielen

• Feldsimulation im Frequenzbereich

an ausgewählten Beispielen

• Transiente Magnetfeldsimulation

• Optimierung an ausgewählten Beispielen

Details, Termine, Kosten, Anmeldung

www.cadfem.de/seminare/maxwell


www.cadfem.de/maxwell

Ansprechpartner zu Maxwell

Udo Killat, CADFEM Grafing

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-23



| Informationi

Maxwell ist ein etabliertes FEM-Software-Werkzeug für die Berechnung von niederfrequenten elektrischenund magnetischen Feldern. In Kombination mit ANSYS Workbench ist Maxwell insbesondere für die Simula-tion von elektrischen Antrieben (Elektromotoren, Elektromagnete etc.) zugeschnitten.

Merkmale von Simplorer

• Modellierung von Schaltungen aus der Leistungselektronik

• Multi-Domain: Berücksichtigung vonSystemen auf verschiedenen Ebenen- Schaltung- Blockdiagramm- Zustandsautomat- VHDL-AMS- Mathematische Gleichungssysteme- Co-Simulation mit FEM

• Analyse von Systemen bestehend ausu.a. elektrischen, thermischen, mecha-nischen und hydraulischen Subsyste-men

• Optimierung von Regelungen vonmechanischen Systemen (Vibrations-dämpfung)

Neue ANSYS Produkte

Simulation von mechatronischen und Multi-Domain Systemen Simplorer

ANSYS



ANSYS Lösung für die Leistungs-

elektronik: Simplorer

• Multi-Domain Beispiele

• 3-Phasen-Wechselrichter mit PWM-

Steuerung an einer Asynchronmaschine

• IGBT-Schaltverhalten elektrisch-thermi-

sche Simulation mit MOR

• Asynchroner Windgenerator



■ Seminar

Systemsimulation mit Simplorer

und ANSYS Mechanical

• Grundlagen von Simplorer

• Modellreduktion

• Von ANSYS Mechanical nach Simplorer


www.cadfem.de/seminare/simplorer


www.cadfem.de/simplorer

Ansprechpartner zu Simplorer

Udo Killat, CADFEM Grafing

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-23


| Informationi

Simplorer ist das Software-Werkzeug von ANSYS zur Multi-Domain-Simulation.Berücksichtigt werden können dabei sämt-liche Aspekte eines Gesamtsystems, einsch-ließlich Elektronik, Sensoren/Aktuatoren,Motoren, Generatoren, Umrichtern, Steue-rungen und eingebetteter Software.

Durch die umfangreiche und erweiterbareModellbibliothek (z.B. durch VHDL-AMSModellen aus Mechanik, Magnetik, Hy-draulik, Pneumatik, Thermik) lässt sich dieBrücke über unterschiedlichste Physikenschlagen.

Die Anwendung von Ordnungsreduktios-methoden (MOR) erlaubt zudem die Nut-zung von Verhaltensmodellen aus ANSYSMechanical und ANSYS CFD und damit diepräzise und effiziente Berechnung vonkomplexen Systemen.

Typische Einsatzgebiete sind beispielswei-se das thermische Management in einemBatterie-Pack oder auch die Abbildungkompletter Antriebsstränge bei Hybrid-oder Elektrofahrzeugen. <<

Simplorer ist eine leistungsstarke Simulationslösung für die Entwicklung von elektrischen, mechatronischen,leistungselektronischen und elektromechanischen Systemen.


Ziel einer Betriebsfestigkeitsanalyse ist dieIdentifikation von potentiell kritischen Be-reichen der Struktur und die Bestimmungder Betriebsdauer bis es zu einem Anrisskommt. Einflussfaktoren wie Material, Last-Zeit-Verlauf und Spannungszustand wer-den nach aktuellen Methoden ausgewer-tet und geben dem Anwender Hinweiseauf mögliche Schwachstellen.

Zusätzlich zu den allgemeinen spannungs-und dehnungsbasierten Nachweiskonzep-ten können mit ANSYS nCode DesignLifeLastszenarien editiert und zusammenge-stellt werden, die die Bewertung unter-schiedlicher Einsatzprofile für die Strukturerlauben. Die Auswirkungen von harmo-nischen und statistischen Belastungen (PSD)können direkt im Frequenzbereich analy-siert werden. <<

Merkmale von ANSYS nCode DesignLife

• Über vordefinierte Workflows könnenStandardanalysen schnell und einfachdurchgeführt werden

• Durchgängige Parametrisierbarkeit inANSYS Workbench: Von der Geome-trie bis zur berechneten Lebensdauer

• Nachweise unter Berücksichtigung von ASME- und FKM-Richtlinie

• Große Materialdatenbank im ANSYSWorkbench-Format

• Hohe Effizienz durch Filterung vonZeitreihen und paralleles Rechnen

• Erfassung aller denkbaren Lastszena-rien: quasistatisch, transient, determi-niert oder statisch


Neue ANSYS Produkte

Integrierte Betriebsfestigkeitsanalyse

ANSYS nCode DesignLife

Bauteilbeanspruchungen analysieren und bewerten – durchgängig in einer Arbeitsumgebung, dies realisiertANSYS nCode DesignLife. Einheitliche Datenbanken für Material und Lasten sowie standardisierte Workflowsunterstützen den Anwender bei schnellen und zuverlässigen Aussagen zur möglichen Lebensdauer seinerBauteile.

ANSYS

■ Seminar

Betriebsfestigkeitsanalyse mit

ANSYS und nCode DesignLife

• Phänomene der Werkstoffermüdung

• Berechnungskonzepte

• Numerische Betriebsfestigkeitsanalyse

• FE-Ergebnisse für die Betriebsfestigkeits-

analyse

• Nachweisbeispiele nach FKM und IIW


www.cadfem.de/seminare/designlife

■ Seminar (produktneutral)

Angewandte Methoden der

Betriebsfestigkeit

• Phänomene der Werkstoffermüdung

• Berechnungskonzepte

• Numerische Betriebsfestigkeitsanalyse

• FE-Ergebnisse für die Betriebsfestigkeits-

analyse

• Nachweisbeispiele nach FKM und DIN


www.esocaet.com/seminare


www.cadfem.de/designlife

Ansprechpartner zu

ANSYS nCode DesignLife

Rainer Rauch, CADFEM Stuttgart

Tel. +49 (0) 711-99 07 4-22



| Informationi

Ziel der Starrkörpersimulation ist es schnellund effizient Gelenk- und Lagerkräfte dy-namisch beanspruchter Systeme zu be-stimmen. Der Anwender erhält die Mög-lichkeit, schon sehr frühzeitig Bewegungs-radien zu ermitteln und dadurch Bau-gruppen auf Kollision zu überprüfen.

Alle in der Starrkörperanalyse ermitteltenBelastungen können exportiert und an fle-xiblen Bauteilen aufgebracht werden.

Durch die Nutzung der Substrukturtechnik(CMS) ist der Anwender zudem nicht nurin der Lage, flexible und starre Bauteile intransienten Berechnungen zu koppeln son-dern auch Rechenzeiten enorm zu verkür-zen. <<

Merkmale von ANSYS Rigid Dynamics

• Schnelle und komfortable Berechnungvon Starrkörpersystemen

• Export von Belastungen aus der Starrkörperanalyse und Aufbringungan flexiblen Bauteilen für statischmechanische Analysen

• Kopplung starrer und flexibler Bauteilein transienten Analysen

• Anwendung von Substrukturtechnikenauf flexible Bauteile zur Verkürzungvon Rechenzeiten

• Kopplung der Mehrkörpersimulationmit anderen Disziplinen wie Optimie-rung oder Lebensdauerberechnungen

Neue ANSYS Produkte

Mehrkörpersimulation (MKS)

ANSYS Rigid Dynamics

ANSYS


■ Webinar-Training

Mehrköpersimulation mit ANSYS

• Einführung und Grundlagen der MKS

• Mehrkörpersimulation in

ANSYS Workbench

• Selbständige Bearbeitung von Beispielen

• Kombination mit anderen ANSYS Tools


www.cadfem.de/webinare/mks

■ Seminar

ANSYS Mehrkörpersimulation

flexibler und starrer Körper


www.cadfem.de/seminare/mks


www.cadfem.de/mks

Ansprechpartner zu

ANSYS Rigid Dynamics

Oliver Siegemund, CADFEM Chemnitz

Tel. +49 (0) 371-33 42 62-15



| Informationi

ANSYS Rigid Dynamics ist an sich keine neue Software. Die aktuelle Version enthält viele neue nichtlinear-transiente Berechnungsmöglichkeiten, um in ANSYS Workbench Starrkörpersimulationen durchzuführen.

NEU!

ANSYS Composite PrepPost bietet für dieModellierung geschichteter Composite-Strukturen ein breites Spektrum an effi-zienten Funktionalitäten zur Material- undLaminatdefinition.

Integriert in ANSYS Workbench 12 wirdmit ANSYS Composite PrepPost der großeVorteil einer assoziativen CAD-Kopplunggenutzt. Design- und Vernetzungsvarian-ten können so sehr effizient durchgespieltwerden, da alle composite-spezifischen Fea-tures CAD-basiert und automatisierbar zudefinieren sind.

ANSYS Composite PrepPost ist über Pythonim Pre- und Postprocessing skriptfähig unddamit vollständig automatisierbar. <<

Merkmale von ANSYS Composite PrepPost

• Einzigartige Funktionalitäten zur Materialdefinition

• Oriented Element-Set Konzept fürmehrfache Materialauflegerichtungen

• Effiziente Modellierung von Schalenund Solids

• Drapieren und Abwicklung einzelnerLagen

• Einzigartige Möglichkeiten zur Versagensanalyse von Composites

• Übersichtliche Ergebnisdarstellung als „Ply Book“


Neue ANSYS Produkte

Faserverbundwerkstoffe

ANSYS Composite PrepPost

ANSYS





■ Seminar

Composite simulieren mit


• Einführung in Composite Materialien

• Klassifikation und Eigenschaften von

Composite Materialien

• Definition von geschichteten Composites

in ANSYS

• Versagen-Kriterien

• Delamination


www.cadfem.de/seminare/composites


www.cadfem.de/composites

■ Sommerakademie

Composites

19. – 23. Juli 2010

an der Fachhochschule Nordwestschweiz (IKT)

in Brugg bei Windisch (Schweiz)


www.cadfem.ch/seminare/sommerakademie

Ansprechpartner zu



Tel. +49 (0) 80 92-70 05-41



| Informationi

Die Simulation von Composite-Strukturen erfordert bezüglich Faserorientierung und Laminataufbau innova-tive und praxisorientierte Modellierungs- und Auswertungsmöglichkeiten. Basierend auf einem detailliertenAnforderungskatalog aus der Industrie wurde ANSYS Composite PrepPost, eine effiziente Simulations-umgebung für geschichtete Composites, entwickelt.

NEU!

ANSYS SpaceClaim Direct Modeler er-möglicht die Geometriereparatur und Mo-dellerstellung auf sehr einfache Weise undüberzeugt durch eine intuitive Bedienung.Dabei können Geometrien in direkt asso-ziativ und historienfrei manipuliert werden.

Die Oberfläche ist äußert schnell erlernbar,da wenige selbsterklärende Werkzeuge dieArbeit an CAD-Geometrien aus unter-schiedlichsten Quellen unterstützen.

Neben der Reparatur und Vereinfachungvon importierten CAD-Daten besitzt derANSYS SpaceClaim Direct Modeler ein wei-teres Alleinstellungsmerkmal: Die beson-dere Funktionalität zur Erstellung und Ex-traktion von Balken- und Schalenmodel-len. Der ANSYS SpaceClaim Direct Mode-ler ist über eine assoziative Schnittstelle inANSYS Workbench integriert. <<

Merkmale von ANSYS SpaceClaim Direct Modeler

• Erstellung von Volumen- und Schalen-geometrien

• Reparatur von CAD-Geometrien

• Vereinfachung von CAD-Geometrien

• Nachträgliche Parametrisierung von CAD-Geometrien

• FE-spezifische Vorbereitung von Geometrien:- Festlegung von Flächen-Imprints- Festlegung von Komponenten- Erzeugung von Mittelflächen

von dünnwandigen Strukturen- Extraktion von Innenvolumen für

Strömungsberechnungen- Erzeugung von Hüllvolumen für

Strömungsberechnungen

• Erstellung und Extraktion von Balken-geometrie

Neue ANSYS Produkte

Aufbereitung von CAD-Geometrien

ANSYS SpaceClaim Direct Modeler

ANSYS



ANSYS SpaceClaim Direct Modeler –

intuitive Bearbeitung von CAD-Geo-

metrien

• Geometrie-Erstellung und Philosophie

• Reparatur und Modifikation

• Nachparametrisierung



■ Seminar

Intuitive Geomterieerstellung und

-aufbereitung mit ANSYS SpaceClaim

Direct Modeler

• Geometrie-Erstellung

• CAD-Import/-Export

• Geometrie-Reparatur

- Automatisch

- Manuell

• Geometrie-Aufbereitung für FEM

- Defeautern

- Mittelflächenextraktion

- Balkenextraktion

- Parametrisierung


www.cadfem.de/seminare/spaceclaim


www.cadfem.de/spaceclaim

Ansprechpartner zu

ANSYS SpaceClaim Direct Modeler

Christian Meyer, CADFEM Grafing

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-25



| Informationi

Der ANSYS SpaceClaim Direct Modeler stellt in einer leicht zu erlernenden Umgebung hilfreiche Werkzeugezur FEM-gerechten Erstellung und Manipulation von CAD-Geometrien zur Verfügung.

Welchen Wert hat eine ANSYS Lizenz,wenn derjenige, der sie nutzen soll, nichtdie entsprechenden Grundlagen erlernthat? Mit den CADFEM Einführungskursenzu ANSYS erhalten Anwender eine solideAusgangsbasis, um viele Aufgaben sicherund gut zu lösen. Im Bereich der Struk-turmechanik sind sie in der Lage, Fragennach Verformungen und Spannungen fürlineare Systeme und für einfache nichtli-neare Baugruppensysteme zu beantwor-ten. Mittels Modalanalysen können sie

Ausgewählte ANSYS Vertiefungsseminare

konstruktive Verbesserungsvorschläge fürschwingende Strukturen liefern.

Früher oder später folgen Aufgaben, dieWissen erfordern, das den Umfang einesEinführungskurses übersteigt und mankommt an einen Punkt, an dem man sichfragt, ob das eine oder andere nicht schnel-ler oder einfacher geht. Dazu gehören z.B.komplexes Materialverhalten, aufwändigeKontakte in Baugruppen, Koppelung ver-schiedener Physiken und Aufgaben der Dy-

namik im Zeitbereich oder unter Berück-sichtigung aufwändiger physikalischer Ef-fekte wie Reibung. Nur das Ausprobierennach dem „Trial and Error Prinzip“ kostetZeit, die man im Berechnungsalltag oft nichthat.

Hier setzen die ANSYS Vertiefungssemi-nare von CADFEM zu Methodik, Mate-rial und Dynamik an. In diesen wird Fach-wissen aufgebaut, um auch weitergehen-de komplexere Aufgabenstellungen auf An-hieb zielsicher bewältigen zu können.


Noch mehr herausholen aus ANSYS!

Je intensiver die Möglichkeiten, die eine Software bietet, genutzt werden, desto höher ist der „Return onInvestment“ für den Anwender. Das vielfältige ANSYS Seminarprogramm von CADFEM unterstüzt ANSYSKunden, frühzeitig, schnell und gezielt Know-how auf- und auszubauen.

ANSYS

Nichtlineare Berechnungenin der Strukturmechanik

• Lösungseinstellungen nichtlinearer Berechnungen

• Ergebnisauswertung• Geometrische Nichtlinearitäten• Stabilitätsuntersuchungen• Metallplastizität• Kunststoffe• Kontaktberechnungen

Details, Termine, Kostenwww.cadfem.de/seminare/nichtlinear

Materialmodelle in ANSYS –Grundlagen und Anwendung

• Überblick über Materialklassen • Hyperelastisches Materialverhalten• Elastoplastisches Materialverhalten• Viskoelastisches Materialverhalten• Viskoplastisches Materialverhalten• Weitere Materialmodelle in ANSYS

Details, Termine, Kostenwww.cadfem.de/seminare/materialmodelle

Strukturdynamische Berechnungen mit ANSYS

• Eigenfrequenzen und Eigenformen• Frequenzganganalyse – harmonische

Analyse• Lineare und nichtlineare transiente

Berechnungen• Theoretische Grundlagen – Integra-

tionsverfahren für die DGL im Zeitbe-reich

Details, Termine, Kostenwww.cadfem.de/seminare/strukturdynamik

Die Erzeugung von Modellen, die Organi-sation von Datentransfers oder die Aufbe-reitung von Ergebnissen gehören zu denAufgaben, die viel Zeit kosten, die dann oftfür die eigentliche Ingenieurtätigkeit fehlt.

Wussten Sie schon:- wie einfach mit ANSYS Geometrieope-

rationen ausgeführt werden können?

- dass sich Netze mit wenigen Handgriffenso erzeugen lassen, dass Analysen schnel-ler und stabiler laufen?

- dass über ein kurzes Skript der Funk-tionsumfang hinsichtlich Materialmo-dellen und Kontakten stark erweitertwerden kann?

- dass ANSYS selbst für Variationen, dieeine Änderung der Geometrie notwen-dig machen vollautomatische Prozessebereitstellt, um Ihnen wichtige und un-wichtige Parameter aufzuzeigen undauch optimale und vor allem robuste Pro-duktvarianten erzeugt?

„Simulationssoftware effizienter ein-setzen“ ist eine Veranstaltungsreihe, dieSie dabei unterstützt zeitintensive „Zu-satzaufgaben“ ohne Qualitätsverlust zuverkürzen und somit mehr Zeit und Raumfür Ihre eigentlichen Ingenieursaufgabenzu haben. <<

ANSYS


ANSYS Tuning

Unabhängig von der Komplexität derANSYS Berechnungen bieten die ANSYSProgrammpakete eine Vielzahl an „Tricks“

und Funktionalitäten, die die Berechnungs-arbeit ohne großen Mehraufwand leichter,die Ergebnisse aussagekräftiger machen.

Ansprechpartner SeminareDeutschlandDeutschlandMarc VidalTel. +49 (0) 80 92-70 05-18E-Mail [email protected]

ÖsterreichBernhard HößlTel. +43 (0)1-5 87 70 73-11E-Mail [email protected]

SchweizDavide ValtortaTel. +41 (0) 52-3 68 01-01E-Mail [email protected]


Ausgewählte Seminare der Reihen „Simulationssoftware effizienter einsetzen“

Von der Geometrie zum optimalen Netz

• Topologische Vereinfachung von Geometrien

• Kopplung der Topologie für konformeNetze

• Geometrieaufteilung für effizientereVernetzung

• Gemischte Tet-Hex-Vernetzung• Strukturierte Vernetzung• Modellierung von Prismenschichten • Vernetzung von Schalenmodellen• Adaption für nichtlineare Berechnungen• Gradientenmodellierung für Feld-

aufgaben• Lokalisieren der Ursachen von

Vernetzungsschwierigkeiten

Details, Termine, Kostenwww.cadfem.de/seminare/designmodeler

Effektiver Einsatz von Kommandoobjekten

• Workbench und Philosophie• Grundeinführung in die Mechanical

APDL Oberfläche• Diagnostik in ANSYS Workbench• Erstellen von formatierten Tabellen in

Dateien mittels APDL• Lastszenarien und Auswertung• Reaktionskräfte• Bestimmung von Schnittgrößen• Einführung in APDL • Tabular Loads• Beispiel: Lastinterpolation• Makroprogrammierung und Inte-

gration in Workbench• Lastaustausch zwischen Analyse-

umgebungen mit ASCII-Daten

Details, Termine, Kostenwww.cadfem.de/seminare/APDL

Robust Design mit optiSlang und Workbench

• Gradienten-basierte Optimierung• Evolutionsstrategie und Genetische

Algorithmen• Design of Experiment und Antwort-

flächenverfahren• Adaptive Antwortflächenverfahren• Pareto-Optimierung• Sensitivitätsanalyse und Robustheits-

analyse• Korrelationsanalyse• Bestimmtheitsanalyse• Zuverlässigkeitsanalyse Design for

Six Sigma

Details, Termine, Kostenwww.cadfem.de/seminare/robustdesign

| Informationi

Um gegenüber einer Versuchsan-ordnung mit Prototypen gleich zu ziehen,erfordert eine Computersimulation einesehr detaillierte und realitätsnahe Modell-bildung. Da die feine Vernetzung der zuuntersuchenden Struktur zu einem größe-ren Gleichungssystem führt, das bei derVerarbeitung am Computer höhere Re-chenzeiten und Speicheranforderungen be-ansprucht, können Berechnungen von be-sonders großen Modellen sogar Tage dau-ern.

Mit HPC – High Performance Computing– kann hier gegengesteuert werden. ANSYShat den wachsenden Bedarf an HPC-Anwendungen frühzeitig antizipiert undbietet seinen Nutzern mit der LizenzierungANSYS HPC eine enorm leistungsfähigeLösung.

Wann ist HPC sinnvoll?

• GeschwindigkeitDie Schnelligkeit von HPC basiert zunächstauf der parallelen Bearbeitung der Analy-se auf mehreren Prozessoren. Die gesam-te Berechnungsaufgabe wird auf einerMehrprozessor-Workstation oder einemCompute Cluster aufgeteilt und von denverfügbaren Prozessorkernen gleichzeitig

gelöst. Die dafür notwendigen DMP-Solver (Distributed Memory Parallel) für

strukturmechanische Anwendungenwurden in ANSYS 12.1 noch einmal deut-lich verbessert. Für nichtlineare Kontakt-

probleme steht jetzt z.B. ein neuer Trim-Algorithmus zur Verfügung, mit dem die

Aufteilung der vorhandenen Kontaktbe-reiche im FE-Modell auf die einzelnen Pro-zessorkerne (Domain Decomposition) we-sentlich verbessert wurde. Dies senkt dieLatenzzeiten beim parallelen Lösen des Glei-chungssystems und führt damit zu einerausgewogenen, gleichmäßigen Verteilungim Cluster.

• Große ModelleHPC Technologie versetzt den Anwenderin die Lage, sehr große Baugruppen mit ei-nem hohen Detaillierungsgrad berechnenzu können. Es ensteht dadurch kein Auf-wand für eine Modellvereinfachung.

Kompromisse in Form eines groben Be-rechnungsmodells gehören damit der Ver-gangenheit an. Stattdessen wird die Struk-tur nahezu realitätsgetreu abgebildet, waszu Systemen mit mehr als 20 Millionen Frei-heitsgraden führen kann, die mit der HPCFunktionalität von ANSYS 12.1 sehr gutbeherrschbar sind.

• Komplexe physikalische AufgabeNeben Schnelligkeit, Modellgröße und Ge-nauigkeit spielt auch das physikalische Pro-blem eine wichtige Rolle beim HPC-Einsatz.

Mit ANSYS HPC können auch Berechnungs-aufgaben mit einem extrem hohen Kom-plexitätsgrad (z.B. Multiphysik) in einemdarstellbaren Zeitfenster bearbeitet wer-den.

• OptimierungsaufgabenDie Anwendung von numerischen Opti-mierungsverfahren geht oft mit sehr großenRechenzeiten einher. Die Ursache dafür ist,dass zur Bestimmung der sogenannten Re-sponse Surface, die man für die Ermittlungdes Minimums eines Optimierungsproblemsbraucht, viele Stützstellen berechnet wer-den müssen. Es ist also keine Seltenheit,dass 100 und mehr Berechnungsläufe ge-macht werden müssen, um eine Optimie-rungsaufgabe zu lösen. Durch eine paral-lelisierte Analyse könnte sehr viel Rechen-zeit eingespart werden.

Welche Voraussetzungen müssen nunerfüllt sein, um HPC mit ANSYS 12.1einsetzen zu können?

• Hardware Anforderungen (CPU und RAM):

Um die Distributed Memory Parallel Solvervon ANSYS 12.1 effizient einzusetzen, wirdeine stark ausgebaute Workstation oderauch ein Compute Cluster benötigt, aus-gestattet mit den neuesten Prozessorenvon Intel oder AMD. Gut bewährt hat sichder Nehalem 4-Kern Prozessor von Intel,der in jede gängige Workstation oder Clu-ster Computer verbaut werden kann. Ty-pischerweise werden pro Workstation bzw.Cluster-Knoten 2 Nehalem Prozessoren ver-wendet, was zu 8 parallelen Prozessorker-nen führt. Bei einer 8 Core Maschine sindmindestens 32 GB RAM erforderlich um ei-ne gute Performance des DMP Solvers zuerzielen. Die Größe des erforderlichenHauptspeichers ist dabei vor allem von derAufgabenstellung abhängig.


High Performance Computing (HPC) mit ANSYS 12.1Die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens wird maßgeblich von seiner Innovationskraft, der Funktiona-lität, Sicherheit, Qualität und Langlebigkeit seiner Produkte und von seiner Fähigkeit, diese schnell zurMarktreife zu bringen, bestimmt. Die Rolle der Simulation wird hier generell immer wichtiger, wobei HPC-Anwendungen in den Fokus rücken.

ANSYS

ANSYS HPC bei der Volkswagen AG: Gekoppelte

Simulation von Strömung und nichtlinearer

Strukturmechanik zur Bewertung der tem-

peraturindizierten Spannungen eines

Abgaskrümmers. (Mit freundlicher

Genehmigung der Volkswagen AG)

Cluster verbunden ist. Hier wird auch dasPre- und Postprozessing für die Berechnunggemacht. Nach der Erstellung des Modellswird der Rechenlauf zum HPC Cluster ge-schickt. ANSYS hat dafür mit dem RSM

(Remote Solve Manager) ein eigenes Toolentwickelt. Der RSM übermittelt die Datenan die Compute Nodes für die Berechnungund holt die Berechnungsergebnisse (Result Files) wieder auf den WorkbenchClient zurück. Zudem verwaltet RSM auchdie ANSYS Job Queue (Warteschlange) woder Status aller ANSYS Jobs einsehbar ist.

<<

• Interconnect und Message Passing Interface (MPI)

Sehr entscheidend beim Einsatz von Com-pute Clustern ist die Vernetzung der ein-zelnen Compute Nodes untereinander.Denn während der Berechnungsphase fin-det stets eine Datenkommunikationzwischen dem Master-Rechner im Cluster(= Head Node) und den Compute Nodesstatt. Das verwendete Message PassingInterface (MPI) dient dabei als Kommunika-tionsprotokoll. Kommerzielle Versionen vonMPI gibt es von HP (HP-MPI), Microsoft(MS-MPI) und Intel (Intel-MPI). MPI ist lauf-fähig auf Gigabit-Ethernet, Infiniband oderjedem anderen Netzwerk, auf dem einWinSock Direct Treiber implementiert ist.

Eine zu geringe Datenübertragungsratekann die gesamte Performance einesClusters zerstören. Deshalb ist es sehr wich-tig, sich neben CPU und Hauptspeicherauch über das Interconnect des HPC Clu-sters zu informieren. Als Minimum ver-wendet man ein Interconnect mit einerÜbertragungsgeschwindigkeit von 1 GBit/sec (Gigabit Ethernet). Es gibt aber auchnoch wesentlich schnellere Verbindungenwie z.B. Infiniband 4x, mit der eine Daten-übertragung von 40 Gbit/sec erreichbarist.

• Data Storage I/OBei großen Berechnungen fällt eine er-hebliche Datenmenge an. Daher müssenwährend der Berechnung auf jedem ver-wendeten Cluster-Knoten große Festplat-ten vorhanden sein. Meistens setzt manzwei Platten pro Knoten ein: Eine alsSystemplatte für Betriebssystem und Appli-

kationssoftware, die andere für die Be-rechnungsdaten (Scratch- und Resultfiles).Für die zentrale Speicherung von Datensind zusätzliche Storage Lösungen emp-fehlenswert.

• Software AnforderungenNeben ANSYS 12.1 setzt HPC natürlichauch ein geeignetes Betriebssystem vor-aus. Im Windows-Bereich verwendet manMicrosoft HPC Server 2008. Dies ist eineErweiterung von Windows Server 2008 fürparallelisierte Applikationen. Dieses Be-triebssystem wird auf jedem Cluster Kno-ten installiert und sorgt für die gesamteKommunikation der einzelnen Cluster Kno-ten mit dem Head Node.

Integrierte Tools (HPC Cluster Manager,HPC Job Manager) sind beim Einrichtendes Clusters und beim Verwalten der Re-chenjobs sehr hilfreich.

Die Alternative für den Clusterbetrieb mitANSYS HPC heißt Unix/Linux. Speziell beiden sehr großen Hochleistungsclustern ist oft Unix erste Wahl. Aktuell wird ANSYSgerade auf dem Cluster JUROPA amForschungszentrum Jülich und dem Vien-na Scientifit Cluster an der TU Wienimplementiert, also auf zwei der 500schnellsten Compute Cluster weltweit (vgl.www.top500.org und Tabelle).

Anbindung Client – Solver (ANSYS RSM)Wie funktioniert die Abarbeitung eines HPCJobs mit ANSYS Workbench? Zunächstbraucht man einen ANSYS WorkbenchClient, quasi als „Frontend“, das mit dem

ANSYS


Jens Otto, Peter Tiefenthaler,

Heinrich Richter, CADFEM Grafing

Benchmarks und Ausblick ANSYS 13

www.cadfem.de/hpc

Ansprechpartner ANSYS HPC

Peter Tiefenthaler, CADFEM Grafing

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-44


Aktuelles Angebot

Gemeinsam mit IBM, Microsoft und Intel

bietet CADFEM derzeit ein ANSYS HPC-Up-

grade Bundle zu attraktiven Konditionen an.

Informationen unter www.cadfem.de/hpc

oder bei Herrn Tiefenthaler

Besuchen Sie uns auf der International

Supercomputing Conference vom

30. Mai – 3. Juni 2010 in Hamburg

am Stand 430 bei Microsoft

www.supercomp.de


| Informationi

| Autoren✒

System Name

SiteSystem FamilySystem Model

Computer

VendorApplication areaInstallation YearOperating SystemMemoryInterconnectProcessor

JUROPA (Rang 13 weltweit)FZ JülichSun-Bull-ParTec ClusterNovaScale R422-E2/Sun Blade 6048 systemSun Constellation, NovaScale R422-E2,Intel Xeon X5570, 2.93 GHz, Sun M9/Mellanox QDR Infiniband/Partec ParastationBull SANot Specified2009SUSE Linux80806 GBInfinibandIntel EM64T Xeon X55xx (Nehalem-EP)2930 MHz (11.72 GFlops)

Vienna Scientific Cluster (Rang 156 weltweit)TU WienSun Blade SystemSun Blade X2270

Sun Blade X2270, Xeon X5550 2.66 Ghz, Infiniband QDR

Sun MicrosystemsResearch2009Cell OS10464 GBInfinibandIntel EM64T Xeon X55xx (Nehalem-EP)2660 MHz (10.664 GFlops)

Eine Vielzahl von Phänomenen in Natur undTechnik kann durch Differentialgleichungenbeschrieben werden. Die Diffpack Produkt-linie zur numerischen Modellierung und Lö-sung der verschiedensten Typen von Diffe-rentialgleichungen setzt hier an. Diffpack,ein Produkt der inuTech GmbH aus Nürn-berg, ist eine auf der ProgrammierspracheC++ basierende objektorientierte Klassen-bibliothek. Die Möglichkeiten von Diffpackerstrecken sich von der Lösung von stocha-stischen Differentialgleichungen bis hin zurImplementierung von gekoppelten Syste-men. Der Diffpack-Kernel enthält mehr als600 Klassen zur Simulation und numerischenLösung von Differentialgleichungen. Bei-spiele hierfür sind die Finite Element Me-thode (FEM), die Finite-Differenzen-Metho-de (FDM) oder auch diverse Präkonditionie-rer und Solver für die resultierenden Glei-chungssysteme. Soll eine Differentialglei-chung mit Diffpack numerisch gelöst wer-den, kann der Benutzer die entsprechendenKlassen einbinden und auf die bereits exi-stierenden Funktionalitäten zugreifen. Fürdie Entwicklung eines Diffpack-Solvers wer-den Kenntnisse in der objektorientierten Pro-grammierung mit C++ benötigt.

Zusätzlich zum Diffpack-Kernel sind meh-rere Toolboxen verfügbar: die Diffpack Par-

allel Toolbox (Par-allelisierung vonBerechnungen), dieDiffpack DatafilterToolbox (Konver-tierung z.B. vonANSYS), die Diff-pack MultilevelToolbox (Mehrgit-terverfahren) oderdie Diffpack Adap-tivity Toolbox (ad-aptive Verfeinerungder Gitter). Das ob-

jektorientierte Konzept von Diffpack er-möglicht eine schnelle und flexible Ent-wicklung von Anwendungen für alle Artenvon Berechnungsproblemen.

Workbench-CustomizationDie in ANSYS verfügbare Simulationstech-nologie deckt bereits ein enormes Lö-sungsspektrum für verschiedenste physi-kalische Aufgabenstellungen aus allen Be-reichen der Ingenieurwissenschaften. Man-che, meist benutzerspezifische Probleme,können jedoch über den Funktionsumfangvon ANSYS hinausgehen, wie z.B. die Si-mulation der chemischen Reaktionen im

Solid, oder die Modellierung neuer Strah-lungsmodelle. Durch die Integration einesDiffpack-Solvers werden auch solche Auf-gaben in ANSYS Workbench lösbar. DerAnwender vernetzt sein Modell in ge-wohnter Weise in Workbench und definiertRandbedingungen, Lasten und die Lö-sungseinstellungen. Im Anschluss kann inWorkbench der Diffpack-Solver gestartetwerden, der bereits für die entsprechendeAufgabenstellung angepasst wurde. Nachder Berechnung werden die Ergebnisse ineine für Workbench lesbare .rst-Datei ge-schrieben. Diese Ergebnisdatei wird vonWorkbench eingelesen, wodurch die Da-ten für die Auswertung zur Verfügung ste-hen. Darüber hinaus stehen die Ergebnis-se als „Imported Load“ für weitere Analy-sen in ANSYS zur Verfügung.

AnwendungsbeispielAusgehend von der kunden-spezifischenAufgabenstellung „Faser-Stabilisierung“sollte ein 2D-Modell, basierend auf der Pu-blikation „Model of Stabilization for PAN-Based Carbon fiber precursor bundles“ vonM.G. Dunham und D.D. Ediet; Center forAdvanced Engineering Fibers; Clemson Uni-versity, für die Berechnung der Stoffmen-

genkonzentration und derWärmeentwicklung durcheine Kette von chemischenReaktionen in einem Bün-del von Fasern erstellt undnumerisch über die Zeitberechnet werden. Für dieLösung der Aufgabe sindinsgesamt vier gekoppel-te Differentialgleichungenzu lösen, drei für die che-mischen Reaktionen undeine für den Wärmetrans-port mit Diffusionsanteil.Diffpack kommt bei dieserAufgabe für die Lösung


ANSYS Workbench:Noch flexibler durch Diffpack-IntegrationDurch die Integration der Diffpack-Produktlinie des CADFEM-Partners inuTech in ANSYS Workbench könnenin der gewohnten komfortablen Benutzerumgebung viele zusätzliche, insbesondere auch kundenspezifischetechnisch-wissenschaftliche Phänomene simuliert werden. Dazu gehören bestimmte chemische Vorgänge,die den bislang bekannten Rahmen der FEM-Analyse sprengen.

ANSYS

Bild 1: Der Workflow für die Integration von Diffpack in ANSYS Workbench

Bild 2: Die Beispielaufgabe, integriert in ANSYS Workbench, gelöst mit Diffpack

dieser Differentialgleichungen zum Einsatz.Der mit Diffpack entwickelte chemischeSolver benötigt lediglich die Netzinforma-tionen, eine Liste der Parameter für die Be-schreibung der Physik sowie einige Wertezur Voreinstellung für den Ablauf des Sol-vers.

Nimmt man an, dass das Bündel von Faserein homogenes Material ist, so lässt sichdas 2D-Modell in ANSYS als „Solid“ mo-dellieren und wird in ANSYS Workbenchentsprechend vernetzt. Für die Definitionder Randbedingungen, der Lasten, der pro-

blemspezifischen Parameter und diverserParameter für den Diffpack-Solver wird einproblemabhängiger Eingabeassistent in dieANSYS Workbench-Benutzeroberfläche in-tegriert. Somit ist der Anwender in der La-ge, sein physikalisches Problem vollständigüber Eingaben in ANSYS Workbench zudefinieren. Nach Übergabe dieser Datenan den Diffpack-Solver startet im Hinter-grund die Berechnung der Ergebnisse, wel-che dann wiederum in ANSYS Workbenchvisualisiert werden. In Bild 2 ist ein Screen-shot von Workbench zur Berechnung derTemperaturverteilung aufgrund der che-

mischen Reaktionen in einem homogenenFaserbündel nach einer transienten Be-rechnung dargestellt. Die mit Hilfe einesDiffpack-Solvers berechneten Knotentem-peraturen können weiterverwendet wer-den, z.B. für die Lösung eines strukturme-chanischen Problems. <<

ANSYS


inuTech – Innovative Numerical Technologies

Die inuTech GmbH ist ein deutsches Beratungsunternehmen, das Software-, Entwicklungs- und Beratungsdienstleistungenim mathematischen und ingenieur-wissenschaftlichen Bereich anbietet. inuTech entwickelt und vermarktet die ProdukteDiffpack und NLP++ (www.inutech.de/nlp) zur numerischen Modellierung, Simulation und nichtlinearen Optimierung undverfügt über profunde Erfahrungen auf dem Gebiet der FEM-Technologie und der ingenieurwissenschaftlichen Beratungs-dienstleistung.

Das Team von inuTech besteht aus derzeit 20 innovationsfreudigen und hoch qualifizierten Mitarbeitern, die jahrelange For-schungs- und Entwicklungserfahrung, u.a. auf den Gebieten mathematischer und numerischer Modellierung mit partiellenDifferentialgleichungen (PDEs), Optimierung und optimaler Steuerung vorweisen können. In diesen Anwendungsgebietenzählt inuTech zu den weltweit führenden Dienstleistern.

Die umfangreichen Erfahrungen des Unternehmens in Forschung und Entwicklungsowie seine intensive Kooperation mit der Industrie und wissenschaftlichen Institu-tionen (z.B. Fraunhofer, Max-Planck, Uni Bayreuth, Uni Erlangen, Uni Würzburg,Virginia Polytechnic Institute and State University) gewährleisten innovative undpraxisrelevante, auf den Kunden zugeschnittene Lösungen.

Zu den weltweit über 300 Industriekunden von inuTech zählen u. a. AREVA NPGmbH, AIRBUS Deutschland GmbH, Air Force Research Lab, ANSYS Inc., Cadence,CADFEM GmbH, Canon, Daimler AG, Embratel, Glas Trösch, Harman/Becker Auto-motive Systems, Intel Corporation, LMS International, Lockheed Martin, MitsubishiMaterials, NASA, Nippon Steel Corporation, PTC, Robert Bosch GmbH, SchaefflerTechnologies GmbH, Siemens Medical Solutions, Siemens Magnet Technology, ThyssenKrupp Stahl AG, TriQint Semiconductor, XEROX und ZF Friedrichshafen AG.

Die inuTech Expertise umfasst insbesondere:• Numerische Modellierung und Lösung von Differentialgleichungen und mathematischen Optimierungsproblemen• Entwicklung von kundenspezifischer Simulations- und Optimierungssoftware• Durchführung von Schulungen in angewandter und numerischer Mathematik, Mathcad, Diffpack, NLP++ und nume-

rische Methoden in den angewandten Wissenschaften• Umfangreiche Programmiererfahrung (Fortran, C, C++, C#, Java, .NET, Visual Basic, Python, etc.)

inuTech GmbH Tel: +49 (0) 911-32 38 43-0Fürther Strasse 212 E-Mail [email protected] Nürnberg www.inuTech.de Germany www.diffpack.com

| Zusatzinformation |

Optimierung eines AIRBUS - A400M Flügel

Frank Vogel, inuTech GmbH

Tel. +49 (0) 911-32 38 43-10


| Autor✒

Die Funktionalitäten der CADFEM Toolboxwerden als OpenSource-Musterlösungenangeboten und erlauben den Anwendernsomit eine flexible und freie Anpassung aneigene Bedürfnisse. Um interessierten An-wendern den Zugang zur enthaltenen Tech-nologie so einfach wie möglich zu gestal-ten, werden entsprechende Einführungs-seminare angeboten. Eine darüber hinaus-gehende Beratung zur Anwendung oderWeiterentwicklung kann in Form von Con-sulting-Projekten erfolgen.

Eine erste Version der CADFEM Toolbox sollbis Mitte 2010 realisiert werden und stehtinteressierten Kunden ab dann zur Verfü-gung. In die erste Version werden zunächstzwei Hauptprogramme integriert. Der Ent-wicklungsplan sieht dann eine jährliche Er-weiterung und kontinuierliche Weiterent-wicklung der Toolbox vor.

Schweißsimulation mit VirtualWeldShopAls erstes Werkzeug wird die von CADFEMentwickelte Lösung zur Simulation desSchweißprozesses Virtual Weld Shop (VWS)

in die CADFEM Toolbox aufgenommen.Das VWS stellt dem Benutzer anwen-dungsspezifische Methoden und Routinenzur Simulation von Verzug und Eigen-spannungen bei Schweißprozessen zur Ver-fügung.

Bei der Anwendung profitiert der Benut-zer von der Kombination aus der vertrau-ten komfortablen Handhabung von ANSYSWorkbench und einer von Spezialisten fürSpezialisten entwickelten Simulationslö-sung für den Prozess des Schweißens.

Materialparameter aus dem Voce Curve Fitting ToolDarüber hinaus wird das ebenfalls vonCADFEM entwickelte „Voce Curve FittingTool“ der zweite Bestandteil der Startver-sion der CADFEM Toolbox. Das „VoceCurve Fitting Tool“ ermittelt aus Mess-wertdaten (σ-ε(ρ)) die Materialparameterfür nicht-lineare isotrope Verfestigungs-modelle, die dann in ANSYS Workbenchverwendet werden können. Auch hier ver-setzt die Integration des Tools in die Work-bench Umgebung den Anwender in die La-

ge, bisher nur aufwändig ermit-telbare Materialparameter, dieaus dem Angleichen der Kurveentstanden sind, schnell und ein-fach in den Materialmanager derWorkbench zu implementieren.

Als weiteres Werkzeug werdenSkripte (Makros) in die Toolboxintegriert, die in dem ANSYS Me-chanical/Simulation-Umfeld demBenutzer einige sich immer wie-derholende Aufgaben abneh-men oder vereinfachen sollen.Hierzu zählen zum Beispiel Ma-

kros, die das Selektieren nach speziellenKriterien (Flächeninhalt, Volumen) ermög-lichen oder automatisch alle Im ANSYSWorkbench-Baum definierte Bilder in einVerzeichnis speichern. Dank der langjähri-gen Erfahrung in der Entwicklung von spe-ziellen Softwareroutinen für und um ANSYSdurch das einschlägige Team von CADFEM,das eng mit dem eigenen Consulting-Be-reich zusammenarbeitet, ist es eine schnel-le, effiziente und zuverlässige Umsetzungdes CADFEM Toolbox Konzeptes gewähr-leistet. Zug um Zug werden weitere Werk-zeuge auf einfache und kostengünstigeWeise eingebunden und den CADFEMKunden zugänglich gemacht. <<


Die CADFEM Toolbox – eine neue Idee zur Erweiterung der Funktionalität von ANSYS & ANSYS WorkbenchCADFEM gibt hier einen kurzen Ausblick auf einen „Werkzeugkasten“ für ANSYS und ANSYS Workbench: Die CADFEM Toolbox. Sie wird aktuell von CADFEM auf Wunsch verschiedener Kunden entwickelt. Die Intention ist, zum einen zusätzliche Werkzeuge in ANSYS zur Verfügung zu stellen, die die täglicheBerechnungsarbeit vereinfachen und zum anderen bestimmte kundenspezifische Funktionalitäten in ANSYSWorkbench einzubinden.

ANSYS

Autor und Ansprechpartner

ANSYS Workbench Customization

Stefan Gotthold, CADFEM Berlin

Tel. +49 (0) 30-4 75 96 66-24


| Autor✒

Bild 1: Schweißsimulation mit VWS/S: 5-Lagen-Naht

Bild 2: CADFEM Voce Curve Fitting Tool

TaskIn the swiftly growing offshore wind indu-stry, sound emission especially under wateris a growing concern. In order to determi-ne the peak sound pressure at certainlocations in advance a detailed numericalsimulation of the transient driving impactand the related hydroacoustics is necessary. As an example a large monopole withconical shape (total length 50 m, diame-ters 3 m – 4,75 m, wall thickness 50 mm)was investigated which was installed withthe hydraulic MENCK hammer MHU 800S.The impact energy is 820 kJ which gene-rates an impact force of 85 MN. The finalpenetration depth of the pile is 20 m andthe water depth is 22 m.

SolutionUsing the ANSYS® Workbench™ environ-ment, a flexible dynamics model was setup to assess the underwater noise emis-sion from hammer impact, through the pileand into the surrounding area.

FE model:

• Nonlinear contacts• ANSYS acoustic elements simulate water

environment• Transient vibration/acoustic analysis of

impact sound• Two-way algorithm (strong, matrix coup-

ling) simultaneously calculates the inter-action of Fluid & Structure (FSI) for struc-tural displacement and sound pressurevalues

Results:

• Axial displacement produces radial ben-ding vibration in the pile. Sound vibra-tion within the pile is responsible forsound emission

• Also shown at right are the three simu-lated microphone signals

Customer BenefitHigh noise levels are easily accessedthrough this simulation. Hence appropria-te noise protection systems can be deve-loped such enclosing the pile in a “bubblecurtain” or an auxiliary pile with air cam-bers, treatment of the pile surface or othersolutions. <<

CADFEM Consulting

Hydro-Acoustic Simulation of a Hydraulic HammerTransient Sound Emission Analysis During Offshore Pile Driving of Monopiles

CADFEM


Figures by Courtesy of Menck GmbH. Photo

composition by Jan-Stefan Knick, CADFEM

GmbH. The ANSYS, Inc. awarded this photo

composition in the 2009 ANSYS Multiphy-

sics Online Gallery Competitio.

www.ansys.com/corporate/gallery

Contact

Dr. Marold Moosrainer, CADFEM Grafing

Phone +49 (0) 80 92-70 05-45


www.cadfem.de/consulting

| Pictures❑

| Informationi

Die Werkstoffgruppe der faserverstärktenKunststoffe ist gekennzeichnet durch to-pologisch nicht zusammenhängende Fa-sern und der Matrix, die die Fasern um-schließt. Durch die unterschiedliche Anord-nung der Fasern und verschiedene Faser-bzw. Matrixmaterialen können innovativeWerkstoffe erzeugt werden, die sich inihren mechanischen Eigenschaften, aberauch in ihren Kosten gravierend unter-scheiden. Die Flexibilität in Verbindung mitgroßer Stabilität bei geringem Gewicht, die

die faserverstärkten Kunststoffe auszeich-nen machen sich u.a. der klassische Ma-schinenbau, der Fahrzeugbau oder auchder Flugzeugbau mit anspruchsvollen An-wendungen zu Nutze.

Eine spezielle Gruppe der faserverstärktenKunststoffe sind Gewebelaminate, ein Ge-flecht aus Kohlestofffasern. Bild 1 zeigt einGewebelaminat mit einer 2/2 Twill Bindung,das hier näher untersucht wird. Es bestehtaus verwebten Faserbündeln, die in derFachsprache als Kette (blau) bzw. Schuss(grün) bezeichnet werden. Die Faserbün-del sind vom Matrixmaterial umgeben, wo-mit eine zusammenhängende Struktur ent-steht. Die Matrix ist in Bild 1 grau-trans-parent eingefärbt.

Mikromechanik der WerkstoffeDie makromechanischen Eigenschaften vonGewebelaminaten sind einerseits abhän-gig von den geometrischen Abmessungenund der topologischen Anordnung derFaserbündel und anderseits von elastischenMaterialeigenschaften der Matrix und derFaserbündel. Diese zahlreichen Parameterermöglichen auf mikroskopischer Skala eingezieltes Design eines Werkstoffes hin-sichtlich seiner mechanischen Eigenschaf-ten. Stetig steigende Rechnerleistungenund eine hervorragenden Parallelisierbar-keit von Simulationsläufen mit ANSYS stan-den Pate für die Analyse von Werkstoffenmittels FEM und begründeten so das jun-ge Wissenschaftsgebiet der Mikromecha-nik.

Das Konzept der mikromechanischen Un-tersuchung von Werkstoffen beruht aufder Annahme, dass sich ein repräsentati-ves Volumen im Werkstoff periodisch wie-derholt. Die Auswahl des repräsentativen

Volumens hängt vom untersuchten Werk-stoff ab und wird häufig auch „Einheits-zelle“ genannt. Bild 1 und 2 zeigen eineEinheitszelle für ein 3-schichtiges Gewe-belaminat. Dabei wird jedes einzelne Fa-serbündel und die umgebene Matrix als ei-genständiges Volumen modelliert und ver-netzt, was einen tiefen Einblick in die Me-chanik der Werkstoffe möglich macht.


Mikromechanische Untersuchung von faser-verstärkten Kunststoffen mit ANSYS HPCFaserverstärkte Kunststoffe liegen in vielen Branchen im Trend. Entsprechend der rapide gestiegenenNachfrage wird auch die Forschung weiter intensiviert. ANSYS, insbesondere speziell auch die High Perfor-mance Computing (HPC) Anwendung, eignet sich hier als Werkzeug für die detaillierte Modellierung einzel-ner Faserbündel und der umgebenden Matrix. Entwicklungsingenieure erhalten so einen detaillierten Ein-blick in das mikromechanische Verhalten der Werkstoffe, aus dem ein optimales Werkstoffdesign abgeleitetwerden kann.

ANSYS

Bild 1: 2/2 Twill Gewebelaminat

Bild 2: Periodische Einheitszelle

Bild 5: Festigkeitsbewertung der Matrix mittels der Von Mises

Spannung

Bild 4: Festigkeitsbewertung der Faserbündel mittels Tsai Wu

Kriterium

Bild 3: Finite Elemente Netz (Matrix ausgeblendet)

Parallelisierung mit ANSYS HPCEine empirische Ermittlung der Einflüssedieser zahlreichen Parameter über prakti-sche Versuche ist äußerst kosten- und zeit-intensiv. High Performance Computing(HPC) Simulationen sind eine sehr effizi-ente Alterantive dazu. ANSYS bietet mitdem Produkt ANSYS HPC durch das Paral-lelisieren eines Jobs auf mehrere Prozesso-ren die Möglichkeit, die Rechenzeit radikalzu verringern. Im konkreten Fall konnte dieBerechnung eines nichtlinearen Modellsmit 5 Millionen Freiheitsgraden durch denEinsatz von 8 Prozessoren in nur 30 Minu-ten durchgeführt werden. Die Zeiterspar-nis macht sich insbesondere dadurch be-merkbar, dass eine Vielzahl komplexesterModellvariationen innerhalb kürzester Zeitanalysiert und verglichen werden kann.

FEM-Modell und SpannungsbewertungDie Vernetzung des Modells erfolgte mit-tels Tetraeder mit dem quadratischen RitzAnsatz. In Bild 3 ist exemplarisch das FEM-Netz der Faserbündel dargestellt, wobei dieMatrix ausgeblendet ist.

Für die Festigkeitsbewertung musste dieSpannungsauswertung der Faserbündelnund der Matrix getrennt erfolgen. DieFestigkeitsbewertung der Faserbündelerfolgte mittels des bereits in ANSYS inte-grierten Tsai Wu Kriteriums für faserver-stärkte Kunststoffe. Bild 4 zeigt den inver-sen Laststeigerungsfaktor des Tsai Wu Kri-teriums innerhalb der Faserbündel. Für dieFestigkeitsbewertung der Matrix wurde die„Mises Spannung“ verwendet (Bild 5).

ErgebnisauswertungAuf der Basis des parametrisch aufgebau-ten FEM-Modells können in ANSYS überdie vollautomatische Steifigkeits- und Fest-igkeitsermittlung verschiedene topologi-sche Konfigurationen und Geometrieab-messungen der Faserbündel untersucht

werden. Unter diesen zahlreichen Konfi-gurationen wurde ein innovativer Ansatzgefunden, durch den die Steifigkeit undFestigkeit des Gewebelaminates deutlich

gesteigert werden konnte. Bild 6 zeigtnochmals die Einheitszelle des 3-schichti-gen Gewebelaminates, wobei die mittlereLaminateinzelschicht relativ zur oberstenund untersten Schicht verschoben ist. (vgl.Bild 2)

Diese bereits geringfügige relative Ver-schiebung von zwei benachbarten Einzel-schichten führt zu einem signifikant ande-ren Deformations- und Festigkeitsverhaltendes Gewebelaminates. In Bild 7 ist der De-formationsplot eines Gewebelaminates mit„unverschobener“ mittlerer Einzelschichtdargestellt und das Gewebelaminat selbstzeigt eine ausgeprägte Wellenbildung. Wirdnun die mittlere Laminateinzelschicht wiein Bild 6 angeordnet, so wird die Wellen-bildung des Gewebelaminates verhindert.Dies wird durch einen Deformationsplot inBild 8 demonstriert. Diese beschriebene De-formationsbehinderung beeinflusst sowohldie Steifigkeit als auch die Festigkeit desGewebelaminates. In Bild 9 ist die Zugstei-figkeit und in Bild 10 ist die Zugfestigkeitdes Gewebelaminates für verschiedene Po-sitionierungen der mittleren relativ zur un-tersten Einzelschicht aufgetragen. BeideAbbildungen zeigen, dass durch eine rich-tige relative Positionierung von je zwei be-nachbarten Einzelschichten des Gewebe-laminates die Steifigkeit und Festigkeit deut-lich gesteigert werden kann. Während mitdiesem innovativen Ansatz eine theoreti-sche Steifigkeitserhöhung um 6 % erzieltwerden kann, beträgt die theoretischeFestigkeitserhöhung sogar 73 %. <<

ANSYS


Andreas Lobner


Der Beitrag ist eine Zusammenfassung der

Diplomarbeit am Institut für Leichtbau und

Struktur-Biomechanik an der TU Wien.

■ Seminar

Kunststoffe und ihre Berechnung

10. – 11. August 2010 in Stuttgart



| Autor✒


Bild 6: Verschobene Mittelschicht

Bild 10: Zugfestigkeit in Abhängigkeit der relativen Positionie-

rung von je 2 benachbarten Schichten

Bild 9: Zugsteifigkeit in Abhängigkeit der relativen Positionie-

rung von je 2 benachbarten Schichten

Bild 8: Deformationsplot des Gewebelaminates mit Anord-

nung der mittleren Laminateinzelschicht nach Abbildung 6

(Matrix ausgeblendet)

Bild 7: Deformationsplot des Gewebelaminates mit Anord-

nung der mittleren Laminateinzelschicht nach Abbildung 2

(Matrix ausgeblendet)

Im Rahmen eines von der Bayerischen For-schungsstiftung geförderten Projektes soll-ten das Prozessverständnis für den 3D-Kunststoffdruck erweitert sowie die me-chanischen Eigenschaften der erzeugtenBauteile verbessert werden. Um die Mate-rialeigenschaften zu modellieren und durchVariation der Parameter zu optimieren, wur-de eine Mikro-Makro-Simulation des Werk-stoffs erstellt. Zur Simulation des Prozes-ses und des Werkstoffes kamen die Simu-lationsprogramme ANSYS und Digimat zumEinsatz. Dabei wurde in einem ersten Schrittdas Materialsystem mit Digimat MF mo-delliert und so mittels Reverse Engineeringeinige Werkstoffkennwerte, wie beispiels-weise der Elastizitätsmodul des Binders, er-mittelt. Diese Daten werden anschließendverwendet, um mit Digimat FE erzeugteMaterialmodelle in ANSYS auf ihre me-chanischen Eigenschaften hin zu untersu-chen.

Schritt 1: Simulation mit Digimat MFDas nach dem 3D-Drucken feste Material(PolyPorA) besteht zu 57,5 % aus Pulverdes Kunststoffes Polymethylmethacrylat(PMMA), das mit 7,5 % Binder verklebtwird. Aufgrund der Schüttdichte der Ku-geln besteht eine Restporosität von 35 %.Die Materialeigenschaften des PMMA (E-Modul = 3200 MPa; Poisson-Zahl =0,3), der Poren (E-Modul << 1, Poisson-Zahl = 1) und des Gesamtmaterials Poly-PorA (σΒ = 3,2 MPa; εΒ = 1,1 %; E-Modul = 400 MPa.) sind bekannt,während die des Binders mittels ReverseEngineering ermittelt werden mussten. MitHilfe der Daten konnte ein Materialmodellzur Homogenisierung aufgestellt werden,welches allerdings noch keine unter-schiedlichen Korngrößen berücksichtigte.Durch Abgleich der Simulationsdaten vonPolyPorA mit denen des Experiments konn-ten die Eigenschaften des Binders mit

E-Modul = 18 MPa und Poisson-Zahl ν = 0,3 bestimmt werden.

Die in Bild 1 dargestellten Kurven zeigendie Ergebnisse der Simulation aus DigimatMF. Deutlich ist zu erkennen, dass die Fest-igkeit des Binders geringer ist als die desGesamtmodells und insbesondere als diedes PMMA. Die Grafik veranschaulicht zu-dem die sehr unterschiedlichen mechani-schen Eigenschaften der Komponenten.

Die Spannungs-Dehnungs-Kurve des PMMAzeigt die für gängiges PMMA übliche Fest-igkeit. Völlig konträr sind dagegen die Ei-genschaften von Luft, für die ein E-Modulvon << 1 MPa vorgegeben wurden, daDehnung quasi unendlich aufgenommenwerden kann. Die Festigkeit des Binders hatebenfalls einen sehr niedrigen Wert und istgemeinsam mit der hohen Porosität aus-schlaggebend für die insgesamt geringeFestigkeit des Gesamtmaterials PolyPorA.

Diese Eigenschaft war so erwartet wordenund wurde durch REM-Aufnahmen derBruchfläche eines Zugstabes aus PolyPorAbestätigt (Bild 2). Es ist deutlich zu erken-nen, dass das Material immer an den Bin-dungsstellen der Kugeln, also im Binder,bricht.

Schritt 2: Simulation mit Digimat FEUm ein Materialmodell zu erzeugen, dasals repräsentative Geometrie in ANSYS ein-geladen werden kann, wird das Pro-grammmodul Digimat FE verwendet. Die-ses ermöglicht die Erstellung dreidimen-sionaler Modelle, welche als STEP- oderIGES-Format ausgegeben und in andereProgramme, wie ANSYS oder CATIA, im-portiert werden können. Die Verteilung der


3D-Kunststoffdruck:Materialsimulation auf multiplen SkalenSeit etwa 20 Jahren wird im 3D-Kunststoffdruck intensiv an generativen Verfahren geforscht, bei welchenüblicherweise ein Grundmaterial in Schichten aufgetragen und anschließend selektiv verfestigt wird. AusCAD-Daten werden in der Baujobvorbereitung fortlaufende Bauteilquerschnitte berechnet, an dieAnlagensteuerung gegeben und dann Schicht für Schicht produziert. So können auch komplexe Strukturenohne Mehraufwand gefertigt werden. Die Herausforderungen liegen zum Einen in der Optimierung derMaterialeigenschaften zum Anderen im noch geringen Prozessverständnis und der damit einhergehendengeringen Wiederholgenauigkeit.

Grundlagen & Technologie

Bild 1: Spannungs-Dehnungs-Diagramm der einzelnen Komponenten aus Digimat MF

Phasen wird analog zu den in Digimat ver-wendeten gewählt, jedoch kann eine ex-perimentell ermittelte Korngrößenvertei-lung für das PMMA-Pulver vorgegeben so-wie die Pulverkörner mit Binderflüssigkeitumhüllt werden. So können die entste-henden Zwischenräume realitätsnah alsLuft modelliert werden. Es wurden zweiModelle erstellt, welche beide eine Poro-sität von 35 % hatten, der Binder- undPMMA-Anteil variierten jedoch, da in Se-rienanlagen der Randbereich der Bauteilemit erhöhtem Bindereintrag gedruckt wird.Bild 3 zeigt ein Modell mit einem Binder-eintrag von 7,5 % analog zu Digimat MF.

Zur Erstellung solcher Modelle können ver-schiedenste Parameter, wie beispielsweisePartikelgröße, Korngrößenverteilung, Bin-dereintrag und Porosität, variiert werden.Anschließend kann in ANSYS deren Ein-fluss auf die Materialeigenschaften unter-sucht werden. Die in Digimat FE erstelltenModelle zeigen ein interessantes Charak-teristikum: Nicht alle Partikel liegen im End-material gebunden vor. Bei einem Füllgrad

von 47,1 % lagenca. 5 % der Partikelungebunden vor.Dies hatte einennegativen Einflussauf die Festigkeit, dadiese Partikel zwartheoretisch den Span-nungsquerschnitt imZugversuch erhöh-ten, jedoch im Expe-riment keine Kraftübertragen konnten,da ihnen die Verbin-dung zu den ande-ren Partikeln fehlte.

Simulation mit ANSYSDie Materialstruktur wurde als STEP-Dateiaus Digimat exportiert und in ANSYS ge-laden. Nach der Vorgabe der Randbedin-gungen konnte das repräsentative Volu-menelement mit Kräften belastet und derKraftverlauf über die Partikel abgebildetwerden. Durch Belastung unterschiedlicherModelle aus Digimat konnten die Auswir-kungen unterschiedlicher Porositäten, Bin-dereinträge, Korngrößen und -verteilun-gen modelliert und eine geeigenete Stra-tegie zur Optimierung der Bauteileigen-schaften abgeleitet werden.

Zusammenfassung und AusblickEs wurde ein Simulationsmodell in Digimataufgebaut, welches die Mikrostruktur undweitere Werkstoffeigenschaften abbildenkann. So wurden beispielsweise die mecha-nischen Eigenschaften des Binders bestimmtsowie repräsentative Volumenelemente miteinem Füllgrad von bis zu 52 % erzeugt.Diese wurden ersten Untersuchungen inANSYS unterzogen, um den Kraftverlaufüber die Partikel abzubilden.

Zukünftig muss das Modell erweitert wer-den. Das schließt sowohl die Erstellung wei-terer Materialstrukturen als auch deren Un-tersuchung in ANSYS analog zur bisheri-gen Vorgehensweise ein. Des Weiterenmuss ein Makro-Modell aufgesetzt wer-den, welches die Schwundproblematik an-hand eines Temperaturfeldes und desschichtweisen Aufbaus umsetzt. Hierfür istdie Verwendung kinetischer Modelle an-gedacht. <<



Imke Nora Kellner, Michael F. Zäh,

IWB Anwenderzentrum Augsburg

www.iwb-augsburg.de

Ansprechpartner zu Digimat

Dr. Jan Seyfarth, CADFEM Grafing

Tel. +49 (0) 80 92-70 05-86


Seminar

Multiskalensimulation für Ingenieure

4. Mai 2010 in Grafing b. München

Das Seminar richtet sich an Ingenieure und

Materialhersteller, die sich mit dem detail-

lierten Verständnis von Werkstoffen befas-

sen. Die Teilnehmer bekommen ein an-

schauliches, grundlegendes Verständnis für

die Multiskalensimulation. Das Seminar bie-

tet zunächst den theoretischen Überblick

über die gängigen Simulationsmethoden

auf den unterschiedlichen Skalen (Nano/

Mikro/Makro). Der Hauptfokus liegt im Wei-

teren auf der praktischen Umsetzung der

Kopplung zwischen der Mikrostruktur von

Materialien und dem Werkstoffverhalten

auf Bauteilebene (Makro). Für die Demon-

stration der praktischen Beispiele werden

die Programme Materials Studio, Digimat

und ANSYS Workbench genutzt.



| Informationi

| Autoren✒


Bild 3: Materialmodell in Digimat FE und REM-Aufnahme des PolyPorA-Materials

Bild 2: REM-Aufnahme der Bruchfläche eines PolyPorA-Zugstabes

Wenn von einer dieser Voraussetzungenabgewichen wird, hat man es mit einemnichtlinearen Problem zu tun. Die Be-trachtung des Gleichgewichts am ver-formten System, die Theorie 2. Ordnung,englisch auch Stress Stiffening genannt,führt am einzelnen Stab dazu, dass dieLängskräfte Einfluss auf die Momente des-selben Stabes haben. Bereits bei Rahmen

haben aber die Momente des einen Sta-bes Einfluss auf die Längskräfte des ande-ren, sodass sich insgesamt ein System er-gibt, dessen Gleichungen iterativ gelöstwerden. Diese Theorie wird regelmäßig imBauwesen eingesetzt, um stabilitätsge-fährdende Einflüsse einschließlich Imper-fektionen zu berücksichtigen. Sie ist außer-dem die Grundlage für die lineare Beul-

analyse, bei der die kritische Last durch Lö-sen eines Eigenwertproblems bestimmtwird, wobei angenommen wird, dass bisdahin das Verhalten linear ist.

Treten vor dem Versagen größere Drehun-gen auf, muss der Einfluss der Winkel-funktionen berücksichtigt werden. Für be-liebig große Drehungen kann dies über die


Nichtlinearitäten in der strukturmechanischenFEM-Berechnung


In der Mechanik-Ausbildung der Ingenieure sind zumindest anfänglich alle Zusammenhänge linear. Damit dies gilt, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

• Gleichgewicht am unverformten System• kleine Verdrehungen (Rotationen)• linear-elastisches Materialverhalten

Nichtlineares Material, große Rotationen, Kontakt: Einbringung eines Implantates aus Formgedächtnismetall in die Gehörschnecke Cochlea

Beziehung zwischen Dehnungen und Ver-schiebungen (Green‘sche oder Green-Lagrange-Dehnungen) oder durch Bezugauf ein mitdrehendes Koordinatensystemmathematisch formuliert werden. Die Not-wendigkeit dafür beginnt schon bei weni-gen Grad Verdrehung im System; bei dünn-wandigen Bauteilen gilt auch die Faust-regel, dass große Rotationen zu berück-sichtigen sind, wenn die Durchbiegunggrößer als die Dicke wird. Zuerst hat beiüberbestimmt gelagerten Systemen dieDurchbiegung einen Einfluss auf die Längs-kräfte, größere Drehungen führen zu einerwesentlichen Änderung der Geometrie.

Stabilitätsprobleme können mit einer Theo-rie großer Drehungen ohne einschränken-de Voraussetzungen berechnet werden.Auch ist es möglich, nach einem erstenBeulen, nach dem die Last noch weiter er-höht werden kann, die Berechnung fort-zusetzen und in den nachkritischen Bereichzu gelangen. Dies ist z.B. bei ausgesteiftenBlechkonstruktionen der einzig zuverlässi-ge Weg, die maximal aufnehmbare Last zubestimmen. Über ein Eigenwertproblemkann man hier nur noch eine Vorstellungvon deren Größenordnung und aus der

Beulform eine Anregung für eine ungün-stige Imperfektion bekommen.

Kommt es bei Überschreiten der kritischenLast zu einem Lastabfall bei Zunahme desWeges, würde dies bei einer kraftgesteu-erten Berechnung zur Nichtkonvergenzführen. Weiter kommt man mit Pfadver-folgungsalgorithmen wie dem Bogenlän-genverfahren in verschiedenen Ausprä-gungen.

Von Stabilitätsproblemen betroffen sindvor allem schlanke oder dünnwandige Bau-teile.

Bei großen Dehnungen geht man davonaus, dass es für die Dehnungsänderunggleichgültig sein sollte, ob eine wesentlicheVordehnung existiert oder nicht. Für denDehnungszuwachs wird die Längenände-rung daher auf die aktuelle Länge bezogen.Durch Integrieren kommt man auf ein lo-garithmisches Dehnmaß (wie der „Um-formgrad“). Der Unterschied ist besondersim Druckbereich auffällig. Wenn die line-are, die Ingenieurdehnung gegen -1 geht,geht die logarithmische Dehnung gegen -∞. Das scheint vernünftig, bedeutet es

doch, dass die Längenänderung gleichminus Ausgangslänge ist, der Körper mit-hin die Länge 0 aufweist, obwohl er nochVolumen hat.

Für den Anwender eines Berechnungspro-grammes ist von Bedeutung, das verwen-dete Dehnmaß und das zugeordnete Span-nungsmaß zu kennen, weil Spannungs-Dehnungs-Linien in der Regel passend zurverwendeten Theorie eingegeben werdenmüssen. Zur logarithmischen oder Hencky-Dehnung gehört die Cauchy-Spannung,die sich eindimensional aus Kraft durchFläche im verformten Zustand ergibt unddaher auch „wahre“ Spannung genanntwird.

Große Rotationen und große Dehnungenwerden kombiniert durch Anwendungeines logarithmischen Maßes auf dieGreen‘schen Verzerrungen oder durchSummation von Inkrementen im mitdreh-enden Bezugssystem.

Bei der Berechnung mit Finiten Elemententreten bei großen Dehnungen leicht starkeElementverzerrungen auf, die zur Ergeb-nisverschlechterung und zu Konvergenz-problemen führen. Dem kann begrenztdurch eine an die erwartete Verformungangepasste Vernetzung begegnet werden.Ansonsten helfen Rezoning (Glattziehendes Netzes bei Beibehaltung des topologi-schen Zusammenhanges) und Remeshing(Neuvernetzung auf der Basis der verform-ten Geometrie). Dabei muss jedoch be-achtet werden, dass das verformte SystemSpannungen aufweist, die so von einemNetz zum anderen übertragen werden müs-sen (Mapping), dass weiterhin Gleichge-wicht herrscht. Gleiches gilt für Variablen,die die Vorgeschichte des Materials ent-halten (z.B. plastische Dehnungen).

Die Fülle der Materialgesetze ist inzwischenkaum noch überschaubar. Man unter-scheidet jedoch folgendes grundsätzlicheVerhalten:

• Hyperelastizität für gummiartige Materialien

Es ist üblich, Spannungen durch Ableitun-gen eines Energiefunktionals nach denDehnungen zu bestimmen. Dadurch wer-den die Materialparameter schnell unan-



Beulmusterwechsel als Ursache für ein Konvergenzproblem

Gleiches System, verschiedene Theorie: hell: linear,

dunkel: große Drehungen

Vergleich von Spannungs- und Dehnungsmaßen bei gleichem

Kraft-Weg-Verlauf

schaulich und die Parameterbestimmungschwierig. Ein Problem bei der Berechnungstellt dar, dass diese Materialien zwar starkverformt werden können, dabei ihr Volu-men aber nicht ändern, also inkompressi-bel sind. Das bedeutet, dass es keinen kon-stitutiven Zusammenhang zwischen Druckund Volumendehnung gibt, was bei Fini-ten Elementen zu numerischen Schwierig-keiten führt. Zur Umgehung benötigt manspezielle Elementformulierungen. Von stei-fen Materialen umschlossene Gummibau-teile bleiben trotzdem problematisch.

• Visko-Elastizität

Das Verhalten eines Bauteils ist vom zeitli-chen Verlauf der Lastaufbringung abhän-gig. Verstreicht nach der Entlastung jedocheine hinreichend lange Zeit, wird die ur-sprüngliche Form wieder eingenommen.In der linearen Visko-Elastizität wird der Zu-sammenhang zwischen Spannungen undDehnungen weiterhin durch den Elasti-zitäts- bzw. durch Schub- und Kompres-sionsmodul beschrieben, die jedoch zeit-abhängig werden.

Visko-elastisches Verhalten ist temperatur-abhängig. Typisch ist die Verwendung ei-ner Analogie zwischen Temperatur und Ge-schwindigkeitseinfluss. Dabei wird der Tem-peratureinfluss durch Umrechung in einePseudo-Zeit (womit die effektive Geschwin-digkeit verändert wird) mittels einer sogenannten Shift-Funktion, z.B. der WLF-Gleichung (nach Williams, Landel, Ferry)berücksichtigt.

Stark visko-elastisch verhalten sich z.B.Schäume. Visko-Elastizität tritt aber auchbei den gummiartigen Materialien auf(Visko-Hyperelastizität, wobei die Parame-ter des Energiefunktionals zeitabhängigwerden), bei Kunststoffen (der auf dieStreckung der ungeordneten langen Mole-külketten entfallende Anteil, die Entropie-Elastizität, ist elastisch und zeitabhängig)und sogar bei Glas in bestimmten Tempe-raturbereichen.

Der gern genannte frequenzabhängige Ela-stizitätsmodul ist eigentlich ein Effekt derVisko-Elastizität. Trotzdem kann bei Ana-lysen im Eigenfrequenzbereich die Ver-wendung eines frequenzabhängigen E-Mo-duls sinnvoll sein.

• Elasto-Plastizität

Diese Theorie wurde speziell für Metalleentwickelt. Bis zum Erreichen einer Fließ-grenze verhält sich das Material linear ela-stisch. Danach treten plastische, d.h. blei-bende, Dehnungen auf und die Entlastungerfolgt auf einem anderen Spannungs-Deh-nungs-Pfad als die Belastung. Zur Theoriegehören:

· Die FließbedingungSie gibt an, wann bei einem mehrdimen-sionalen Spannungszustand Fließen ein-tritt, typischerweise indem aus dem mehr-achsigen Spannungszustand eine Ver-gleichsspannung berechnet und der aktu-ellen Spannung aus einer Fließkurve ge-genübergestellt wird. Bei den Fließbedin-gungen unterscheidet man vor allem sol-che, die vom hydrostatischen, also allsei-tig gleichen Spannungsanteil abhängen(z.B. Drucker-Prager), und solche, bei de-nen das nicht der Fall ist (z.B. von Mises).Letztere Gruppe ist für kompakte Metallegeeignet, erstere für körnige Materialienwie Granulate, Pulver und Böden.

· Die FließregelSie gibt an, wie die plastischen Deh-nungsinkremente von den Spannungs-komponenten abhängen.

· Die VerfestigungsregelSie gibt an, wie sich im Mehrdimensiona-len die aktuelle Fließgrenze ändert. Bei derVerfestigungsregel ist zum einen die Be-schreibung der Fließkurve von Bedeutung,zum anderen die Unterscheidung zwischenisotroper und kinematischer Verfestigung,was einen extremen Einfluss auf das zykli-sche plastische Verhalten hat. Währendisotrope Verfestigung allein für zyklisches

Verhaltung unzureichend ist, kann mit ki-nematischer Verfestigung der Bauschinger-Effekt beschrieben werden.

• Kriechen

Kriechen bezeichnet das zeitabhängige Ent-stehen bleibender Dehnungen und wirdbeobachtet bei Metallen bei höheren Tem-peraturen, vielen anderen Werkstoffen, be-sonders aber bei Kunststoffen. Gleichun-gen für Kriechen geben die Kriechge-schwindigkeit an, und zwar in Abhängig-keit von der Temperatur, der Spannung undentweder der Zeit oder der Dehnung. Er-steres ist einfacher, Letzteres bei wesentli-cher Laständerung richtiger.

Eine weitere Nichtlinearität stellt Kontaktdar. Dabei sind die Festhaltungen oder dieÜbergangsbedingungen zwischen zweiKörpern von der Verformung abhängig.Schwierigkeiten sind die effektive Kon-taktsuche, damit nicht alle überhaupt mög-lichen Kontaktpaarungen abgearbeitet wer-den müssen, die Feststellung, ob ein Punktdirekt senkrecht über oder unter einemFlächenstück liegt, die Bestimmung vonAbstand oder Eindringung und die Be-rechnung der Kraft, die notwendig ist, umeine Eindringung zu verhindern. Die Be-handlung von Finiten Elementen mit Mit-tenknoten ist auch nur mit speziellen Al-gorithmen möglich.

Nichtlinearitäten führen zu nichtlinearenGleichungen, die nicht direkt, sondern ite-rativ, vor allem mit dem Newton-Raphson-Verfahren gelöst werden. Dabei wird übereine Tangentenmatrix, die die Ableitungder Knotenkräfte nach den Knotenver-schiebungen darstellt, eine Folge von li-nearen Gleichungssystemen zur Bestim-mung der Veränderung der Verschiebungdefiniert und gelöst, bis Konvergenz ein-tritt – oder auch nicht.

Spätestens da sind die Anwender von Be-rechnungsprogrammen gut beraten, etwasvon der Theorie der Phänome, die obennur angerissen worden sind, zu wissen. Esgibt Zusammenhänge zwischen physikali-schem und mathematischem Verhalten,zwischen physikalischer und numerischerStabilität. Stabilitätsprobleme treten auchnicht nur auf, wenn man nach ihnen sucht,sondern drohen – numerisch wie physika-



Vergleich zyklischer Spannungs-Dehnungs-Linien bei kinema-

tischer und isotroper Verfestigung

Nichtlinear ist, wenn es nicht konvergiert,jedenfalls nicht auf Anhieb. Wohl dem, derdurch Kenntnis der Theorie und der Algo-rithmen gezielt vorgehen kann. <<

problemen und zu großen Fehlern. Auchdie Vernetzung und die Kontaktdefinitionentscheiden mit über Erfolg und Misser-folg.

lisch – in der Mechanik prinzipiell dann,wenn Druckspannungen auftreten, undwo ist das nicht der Fall?

Die Nutzer sollten auch wissen, was dieTheorie umfasst, die sie mit einer Optioneinschalten, und worin sich Werkstoffge-setze unterscheiden. Man sollte derenGrundgleichungen kennen und für Spezi-alfälle auch lösen können, damit man zurParameterbestimmung in der Lage ist. Auchwenn man dazu Optimierungsverfahrenbenutzt, sollte man die Größenordnungder Lösung kennen, sonst ist ein Scheiternvorprogrammiert. Bei Kontakt schließlichsollte man wissen, dass ein Statuswechsel(offen/geschlossen) nicht differenzierbarist, sodass man hier vom Newton-Verfah-ren nicht viel erwarten kann. Je nach Me-thode ist daher die Wahl der Kontaktstei-figkeit oder das Festlegen von Toleranzeneine Gratwanderung zwischen Konvergenz-



Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Rust,

Fachhochschule Hannover

[email protected]

Wilhelm Rust war jahrelang CADFEM Mit-

arbeiter und ist heute Professor für Simula-

tionsverfahren im Maschinenbau an der

Fachhochschule Hannover. Dort ist er auch

verantwortlich für den Master-Studiengang

„Maschinenbau – Entwicklung“. Zudem ist

er Lehrbeauftragter an der esocaet (Europe-

an School of Computer Aided Engineering

Technologies) für die Studienmodule „Geo-

metric Nonlinearities“ und „Contact“.

| Autor✒

Literaturtipp

Professor Rust ist u.a. Autor des Lehrbuches

„Nichtlineare Finite-Elemente-Berechnungen - Kontakt, Geometrie, Material“

1. Auflage 2009 erschienen bei Vieweg + Teubner2009. XII, 293 S. Mit 203 Abb. u. 7 Tab. Br.ISBN: 978-3-8351-0232-3www.vieweg-teubner.de

Über das BuchDas Buch beschreibt die numerische Berechnung von Nichtlinearitäten in der Strukturmechanik, d.h. große Drehungen,große Dehnungen (geometrische Nichtlinearitäten), nichtlineares Materialverhalten, besonders Plastizität und zeitabhängi-ges Verhalten, und Kontakt. Darauf aufbauend werden auch Stabilitätsprobleme und Traglastberechnungen behandelt. Dabei wird am Beispiel einfacher Systeme die Problematik erläutert, formelmäßig erfasst, in den Kontext der Finiten Elemen-te eingebunden und bis zum Dreidimensionalen verallgemeinert. Die einzelnen Schritte werden detailliert bis hin zu Zahlen-beispielen dargestellt. Das Buch richtet sich sowohl an Studierende als auch an Ingenieure in der Praxis, die entweder dieMethode weiterentwickeln oder die Hintergründe bestehender Programme verstehen wollen.

Aus dem InhaltGeometrisch nichtlineares Verhalten - Stabilitätsprobleme - Lastinkrementierung - Theorie und Numerik der linearen Visko-Elastizität und der Elasto-Plastizität - Kriechen - Kontakt: Kontaktmodellierung - Kontaktbedingung - Kontakt-Kinematik -Kontaktfeststellung

Zielgruppe• Studierende des Maschinenbaus und des Bauingenieurwesens im Hauptstudium• Ingenieure in der Berufspraxis, die mit FE-Programmen arbeiten und diese effektiver nutzen wollen.


Hinweis

Dieser Beitrag ist Teil einer aktuellen Serie

zur FEM in der Fachzeitschrift CAD-CAM

Report und erfolgt mit freundlicher Geneh-

migung der Redaktion.

www.plm-it-business.com

| Informationi

Mit 270 Vorträgen, über 30 Kompakt-seminaren, mehr als 30 Unternehmenin der CAE-Ausstellung und ungezähl-ten Fachgesprächen in entspannter undfreundlicher Atmosphäre setzte dieVeranstaltung in einem wirtschaftlichschwierigen Umfeld ein großes Aus-rufezeichen hinter den Stellenwert derSimulation im Allgemeinen und ANSYSim Besonderen.

Kunden und Interessierte machten aus-giebig Gebrauch von diesem wohl einzig-artigen technischen Informationsangebot

zum Stand der Simulation in der Produkt-entwicklung. Nach „Feierabend“ trat danndie Technologie etwas in den Hintergrundund die Teilnehmer tankten beim „Get to-gether“ sowie der großen Abendveran-staltung in der Leipziger Moritzbastei neueKräfte für den Folgetag.

CADFEM, ANSYS Germany und Ansoft be-danken sich ganz herzlich bei allen Teil-nehmern, den Sponsoren HP, Intel, Micro-soft und Dell und den Ausstellern für denBesuch und die Unterstützung der Veran-staltung!

Die CD-ROM mit den Unterlagen von über90% der Vorträge und Workshops kannmit dem Formular auf Seite 56 dieses Hef-tes bestellt werden. <<


CADFEM

Leipzig 2009ANSYS Conference & 27. CADFEM Users’ Meeting 2009 im Rückblick

Bitte vormerken:

ANSYS Conference & 28. CADFEM

Users’ Meeting

3. – 5. November 2010

Aachen, Eurogress

www.usersmeeting.com


20 Jahre friedliche Revolution

Eine Stecknadel hätte man im großen Ple-narsaal des Congress Center Leipzig aufden Boden fallen hören können, als Pfar-rer Christian Dietrich in seinem Abschluss-vortrag bei der ANSYS Conference & dem27. CADFEM Users’ Meeting von der Er-eignissen berichtete, die sich vor 20 Jah-ren in Leipzig zutrugen.

Dietrich war einer der Initiatoren der Leip-ziger Montagsdemonstrationen vor der Ni-kolaikirche. Er schilderte in eindrucksvollerWeise aus der Perspektive eines Zeitzeugenvon den vielen kleinen und großen Widrig-keiten des Alltags in der Zeit vor der Wen-de, mit denen sich immer mehr Menschennicht mehr abfinden wollten, was letztend-lich zur friedlichen Revolution und zur Wie-dervereinigung Deutschlands geführt hat.

Dietrich stellte sogar einen Bezug zur Si-mulation her: Er stellte das Handeln derDDR-Führung als die „Perversion der Si-mulation“ dar, denn statt des eigentlichen

Zwecks von Simulation, nämlich einenSachverhalt der Wirklichkeit anzunähern,wurde mit Lüge und Gewalt ein Reich derFreiheit, Gerechtigkeit und des Wohlstandsimuliert. Die 1989-Revolution setzte die-ser Simulation ein Ende.

Der Vortrag von Pfarrer Christian Dietrichkann auf folgender Adresse herunter ge-laden werden:

www.usersmeeting.com/fileadmin/acum/2009/dietrich.pdf <<

CADFEM


Weitere Informationen:

www.archiv-buergerbewegung.de

www.jugendopposition.de

http://oktoberfruehling.blogspot.com

Fotos: Jan-Stefan Knick

www.usersmeting.com

JEC Composites13. – 15. April 2010Paris, Porte De Versailles

CADFEM ist Aussteller an Stand P69

www.cadfem.de/jec

Hannover Messe 201019. – 23. April 2010Hannover, Messegelände

CADFEM ist Aussteller in Halle 17, Stand F50

www.cadfem.de/hannovermesse

ANSYS Conference & 5. CADFEM Austria Users’ Meeting22. – 23. April 2010Wien, Schloss Schönbrunn

www.usersmeeting.at

SWISS Symposium fürvirtuelle Produktentwicklung22. April 2010Hochschule für Technik Rapperswil (HSR)

http://ipek.hsr.ch

7. Jenaer Akustiktag28. April 2010FH Jena

CADFEM ist Aussteller in der Fachausstellung.

www.fh-jena.de/contrib/fb/mb/sites/Akustiktag.htm

PCIM Europe 2010Power ConversionIntelligent Motion04. – 06. Mai 2010Nürnberg, Messezentrum

CADFEM ist Aussteller in Halle 12, Stand 516

www.pcim-europe.de

kunststoffe + SIMULATION 201005. – 06. Mai 2010München

CADFEM ist Aussteller in der Fachausstellung und hält einen Vortrag.

www.hanser-tagungen.de/simulation

3. Grazer Symposium VirtuellesFahrzeug06. – 07. Mai 2010Graz

CADFEM ist Aussteller in der Fachausstellung

www.gsvf.at

ANSYS Fachtagung Fluid-Struktur-Interaktion06. Mai 2010München

www.ansys-germany.com

MECHATRONIC KARLSRUHE19. – 20. Mai 2010Messe Karlsruhe

CADFEM ist Aussteller in der Aktionshalle an Stand A4

www.mechatronic-karlsruhe.com

ISC 2010 – International Supercomputing Conference30. Mai – 3. Juni 2010Hamburg, CCH

CADFEM ist Aussteller am Microsoft-Stand 430

www.supercomp.de

EUCOMASEuropean Conference on Materials and Structures in Aerospace07. – 08. Juni 2010Berlin

CADFEM ist Aussteller in der Fach-ausstellung und hält einen Vortrag.

www.eucomas.de


Veranstaltungen April bis September 2010

CADFEM Empfehlungen / Veranstaltungen

CADFEM Empfehlungen / Bücher


ANSYS Conference & 15. Schweizer CADFEM Users’ Meeting17. – 18. Juni 2010Zürich, Hotel Zürichberg

www.usersmeeting.ch

STANZTEC22. – 24. Juni 2010Pforzheim, Messe

CADFEM ist Aussteller an Stand A 30

www.stanztec-messe.de

Multiphase Flows – Simulation,Experiment and Application22. – 24. Juni 2010Dresden, Forschungszentrum Rossendorf

www.ansys-germany.de

LiMAFachmesse & Symposium für Leichtbauim Maschinen- und Anlagebau im Rah-men der Sächsischen Industrie- und Technologiemesse SIT23. – 25. Juni 2010Chemnitz, Messegelände

www.lima-chemnitz.de


CAMEHeft 1, 1. Jahrgang 2010

Herausgeber:CADFEM GmbHChristoph Müller, M.Sc.Leiter Biomechanik, 85567 Grafing b. München

PD Dr. med. Laszlo KovacsLeiter der Forschungsgruppe CAPS, Ltd. OA und stellv. Klinikdirektor, Klinik und Poliklinik für Plastische und Handchirurgie, Klinikum rechts der Isar, Technische Universität München

Umschlagentwurf:Dipl.-Ing. Johannes Wippler

Verlag:expert verlag, Postfach 2020,71268 Renningen

ISSN 2190-0698

www.expertverlag.de

Neue Zeitschrift des expert verlags:

Computer Aided Medical Engineering (CAME)

Das Ziel der Zeitschrift „Computer AidedMedical Engineering (CAME)“ ist es, auf-zuzeigen wie sich etablierte Ingenieurs-methoden, im speziellen CAE, auf dasneue Anwendungsgebiete der Medizinübertragen lassen. Die Zeitschrift zeigt anaktuellen Beiträgen Einsatzgebiete derSimulationsmethoden in der Medizin,den heutigen Stand der Technik und gibtAusblicke, welches Nutzungspotentialsich erschließen lässt.

Der Gemeinschaft der Entscheider, For-scher und Anwender der Simulationsme-thoden in der Medizintechnik wird so einForum geboten, dass den Wissenserwerbund -austausch verbessert. <<

COMPOSITES EUROPE5. Europäische Fachmesse & Forum für Verbundwerkstoffe, Technologie und Anwendungen14. – 16. September 2010Essen, Messegelände

CADFEM ist Aussteller in Halle 5, Stand C78

www.composites-europe.com

HUSUM WindEnergy21. – 25. September 2010Husum, Messegelände

CADFEM ist Aussteller an Stand 2F18

www.husumwindenergy.com


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Fachbücher und Lernsoftware

Bitte ausfüllen und per Post oder Fax senden an:CADFEM GmbH · Marktplatz 2 · 85567 Grafing b. München · Telefon +49 (0) 80 92-70 05-0 · Fax +49 (0) 80 92-70 05-77

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Produkte zu ANSYS

Die folgenden und weitere Produkte können auch im CADFEM Online-Shop erworben werden: www.cadfem.de/shop

„FEM für Praktiker – Grundlagen“ Band 1, 8. Auflage (2007), EUR 89,00

„FEM für Praktiker – Strukturdynamik“ Band 2, 5. Auflage (2008), EUR 84,00

„FEM für Praktiker – Temperaturfelder“ Band 3, 5. Auflage (2009), EUR 83,00

„FEM für Praktiker – Elektrotechnik“ Band 4, 2. Auflage, (2009), EUR 84,00

Konstruktionsbegleitende Berechnung mit ANSYS DesignSpace, FEM-Simulation für Konstrukteure,EUR 49,90

ANSYS/ED Rev. 10.0 (10.000 Knoten / 1.000 Elemente)Programm CD, EUR 178,50CADFEM Users’ Meeting 2007 Conference ProceedingsCD-ROM mit einem Großteil der Vorträge, EUR 21,40CADFEM Users’ Meeting 2008 Conference ProceedingsCD-ROM mit einem Großteil der Vorträge, EUR 21,40CADFEM Users’ Meeting 2009 Conference ProceedingsCD-ROM mit einem Großteil der Vorträge, EUR 96,30

Produkte zu LS-DYNA

LS-DYNA/ED (10.000 Knoten)Programm CD mit LS-DYNA, LS-PrePost, verfügbar auf allen gängigen Plattformen,Jahresmiete $ 154,70

LS-DYNA HochschuleProgramm CD mit LS-DYNA, LS-PrePost, LS-Opt, verfügbar auf allen gängigen Plattformen, unlimitierte CPU-Anzahl,Jahresmiete $ 1.547,00

Produkte zu FKM-Richtlinien

FKM-Richtlinie Bruchmechanik, deutsch: „Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile“3. Ausgabe 2006, EUR 220,00

FKM-Richtlinie Festigkeit, deutsch: „Rechnerischer Festigkeitsnachweis“5. erweiterte Ausgabe 2003,EUR 200,00

Hinweise

Alle Preise Stand März 2010. Alle Preise verstehen sich inklusive der ges. MwSt. und zuzüglich Versandkosten. Angebote freibleibend. Die Bestel-lung ist verbindlich, der Kaufvertrag kommt bei Büchern mit Zusendung an den Kunden zustande. Bei Softwarelieferungen muss der Kunde durchEntsiegeln der Packung einen gesonderten Lizenzvertrag akzeptieren oder die Ware zurückschicken. Kunden, die nicht Unternehmer sind, stehtein zweiwöchiges Widerrufsrecht zu. Achtung: Für Schweiz und Österreich gelten andere Preise! Nähere Informationen erhalten Sie bei der CADFEM(Suisse) AG, Schweiz bzw. der CADFEM (Austria) GmbH, Österreich.

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