Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Identifikation und Analyse, ob und inwieweit die in der Masterveranstaltung CAE-Methoden behandelten Problemstellungen mit einer aktuell auf dem Markt vorhandenen und vor allem kostenfreien CAx-Software behandelt werden können. Der Fokus der Analyse liegt hierbei auf der Durchführung statischer Finite Elemente Analysen sowie auf der dynamischen Mehrkörpersimulation.
Zunächst werden die theoretischen Grundlagen erörtert. Es werden die elementaren Begriffe der rechnergestützten Konstruktion und Ingenieurtätigkeit (eng.: Computer Aided Construction und Computer Aided Engineering) definiert und voneinander abgegrenzt. Anschließend werden die grundlegende Vorgehensweise bei einer Finite Elemente Analyse sowie ihre Aussagesicherheit erörtert. Daran schließt sich die Erläuterung der dynamischen Mehrkörpersimulation an. Abschließend erfolgt ein grundlegender Vergleich zwischen der Finiten Elemente Analyse und der dynamischen Mehrkörpersimulation.
Auf Basis der in der Einleitung definierten Zielsetzung dieser Arbeit wird eine Marktanalyse zur Identifikation und Auswahl einer geeigneten Software durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Analyse der aus der Marktanalyse abgeleiteten Software hinsichtlich ihrer Eignung zur Nutzung in der CAE-Methoden Veranstaltung. Dabei wird in zwei Teilen eine bewertende Evaluation auf Grundlage von Beispielaufgaben durchgeführt. Aus diesen werden funktionsspezifische Kriterien abgeleitet, die als Bewertungsbasis für die Finite Elemente Analyse sowie die Mehrkörpersimulation dienen. Zusätzlich erfolgt eine gesamtheitliche Evaluation der Software auf Grundlage allgemeiner softwareergonomischer Bewertungskriterien.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Ziel der Arbeit
- 1.2 Vorgehen und Aufbau der Arbeit
- 2 Stand der Technik
- 2.1 Begriffsdefinitionen und -abgrenzungen
- 2.1.1 Computer-Aided Design
- 2.1.2 Computer-Aided Engineering
- 2.1.3 Finite Elemente Methode
- 2.1.4 Mehrkörpersystem und Mehrkörpersimulation
- 2.2 Finite Elemente Analyse
- 2.2.1 Vorgehensweise bei der Finite Elemente Analyse
- 2.2.2 Aussagesicherheit der Finite Elemente Analyse
- 2.3 Mehrkörpersimulation
- 2.3.1 Vorgehensweise bei der Mehrkörpersimulation
- 2.3.2 Abgrenzung Mehrkörpersimulation von der Finite Elemente Methode
- 3 Marktanalyse
- 3.1 Definition der Auswahlkriterien
- 3.2 Ergebnis der Marktanalyse
- 3.2.1 Z88Aurora
- 3.2.2 FreeCAD
- 3.3 Zusammenfassung der Ergebnisse
- 4 Analyse von FreeCAD
- 4.1 Allgemeine softwareergonomische Bewertungskriterien
- 4.2 Teil 1: Statische Finite Elemente Analyse
- 4.2.1 Beschreibung der Analysebeispiele
- 4.2.2 Definition der aufgabenspezifischen Bewertungskriterien
- 4.2.3 Durchführung der Finite Elemente Analyse
- 4.2.4 Bewertung der FEA Kriterien
- 4.3 Teil 2: Dynamische Analyse eines Mehrkörpersystems
- 4.3.1 Beschreibung des Analysebeispiels
- 4.3.2 Definition der aufgabenspezifischen Bewertungskriterien
- 4.3.3 Durchführung der Mehrkörpersimulation
- 4.3.4 Bewertung der MKS Kriterien
- 4.4 Gesamtbewertung von FreeCAD
- 5 Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Masterarbeit befasst sich mit der rechnergestützten strukturmechanischen Untersuchung und Simulation dynamischer Systeme. Das Hauptziel der Arbeit ist die Analyse von FreeCAD, einer Open-Source-Software, hinsichtlich ihrer Eignung für die Finite Elemente Analyse (FEA) und die Mehrkörpersimulation (MKS). Die Arbeit untersucht die Softwarefunktionen und -möglichkeiten im Vergleich zu kommerziellen Lösungen und bewertet deren Benutzerfreundlichkeit, Effizienz und Genauigkeit.
- Begriffsdefinitionen und Abgrenzungen der verwendeten Technologien wie CAD, CAE und FEM.
- Vorgehensweise und Methodik der FEA und MKS.
- Marktanalyse von verfügbaren Softwarelösungen für FEA und MKS.
- Bewertung von FreeCAD hinsichtlich seiner Funktionen und Möglichkeiten für FEA und MKS.
- Vergleich der Ergebnisse mit kommerziellen Lösungen.
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung stellt die Zielsetzung der Arbeit und den Aufbau vor. Kapitel 2 beschreibt den Stand der Technik und definiert die relevanten Begriffe wie Computer-Aided Design, Computer-Aided Engineering, Finite Elemente Methode und Mehrkörpersystem. Es erläutert die Vorgehensweise der FEA und MKS und deren Grenzen. Kapitel 3 analysiert den Markt für FEA- und MKS-Software und stellt die Auswahlkriterien für die Evaluation von FreeCAD vor. Kapitel 4 analysiert FreeCAD hinsichtlich seiner Funktionalität für FEA und MKS anhand konkreter Beispiele. Es bewertet die Software anhand von definierten Kriterien und vergleicht die Ergebnisse mit kommerziellen Lösungen.
Schlüsselwörter
Die Arbeit fokussiert auf rechnergestützte strukturmechanische Untersuchung, Finite Elemente Analyse, Mehrkörpersimulation, FreeCAD, Open-Source-Software, CAD, CAE, Softwareergonomie, Bewertungskriterien, Marktanalyse.
- Arbeit zitieren
- Anonym (Autor:in), 2020, Rechnergestützte strukturmechanische Untersuchung und Simulation dynamischer Systeme, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/520966
