FHA / FM / TH 2007/10

FEM FE-Systeme

FEM Folie 3- 1

Preprocessor

Solver (FE-Programm)

Postprocessor

(Datenaufbereitung und grafische Kontrolle)

(Berechnung)

(grafische Ergebnisausgabe)

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FEM FE-Programme

FEM Folie 3- 2

MSC Nastran

NX Nastran (UGS)

Ansys

Abaqus

Cosmos/M (Solid Works)

Pro/Mechanica (Pro Engineer)

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FEM Pre und Postprocessors

FEM Folie 3- 3

Patran

Femap

Hypermesh

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FEM Schnittstellen (Dateien)

FEM Folie 3- 4

Femap

NX Nastran

test0000.DAT: Eingabedaten für Nastran

test.MOD: Modell-Datei mit allen Informationen

test0000.F06: Fehlermeldungen

test0000.F04: Analyseablauf

test0000.LOG: Systemdaten (Hardware, OS), zeitl. Ablauf der Analyse

test0000.OP2: Ergebnisse in binärer Form

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FEM Schnittstellen (Dateien)

FEM Folie 3- 5

F06 – Datei mit Fehlermeldung

^^^ USER FATAL MESSAGE 9137 (SEKRRS) ^^^ RUN TERMINATED DUE TO EXCESSIVE PIVOT RATIOS IN MATRIX KLL.^^^ USER ACTION: CONSTRAIN MECHANISMS WITH SPCI OR SUPORTI

ENTRIES OR SPECIFY PARAM,BAILOUT,-1 TO CONTINUE THE RUN WITH MECHANISMS.

*** USER INFORMATION MESSAGE 4110 (OUTPX2)END-OF-DATA SIMULATION ON FORTRAN UNIT 12(MAXIMUM SIZE OF FORTRAN RECORDS WRITTEN = 1 WORDS.)(NUMBER OF FORTRAN RECORDS WRITTEN = 1 RECORDS.)(TOTAL DATA WRITTEN FOR EOF MARKER = 1 WORDS.)

NOVEMBER 21, 2006 NX NASTRAN 9/20/05 PAGE 9

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FEM Schnittstellen (Dateien)

FEM Folie 3- 6

DAT – Datei mit Eingabedaten für Nastran

INIT MASTER(S)ID Femap,FemapSOL SESTATICSTIME 10000CEND

ECHO = NONEDISPLACEMENT(PLOT) = ALLSPCFORCE(PLOT) = ALLOLOAD(PLOT) = ALLFORCE(PLOT,CORNER) = ALLSTRESS(PLOT,CORNER) = ALLSPC = 1LOAD = 1

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FEM Schnittstellen (Dateien)

FEM Folie 3- 7

DAT – Datei mit Eingabedaten für Nastran

BEGIN BULK$ ***************************************************************************$ Written by : Femap with NX Nastran$ Version : 9.10$ Translator : NX Nastran$ From Model : $ Date : Tue Nov 21 21:21:17 2006$ ***************************************************************************$PARAM,POST,-1PARAM,OGEOM,NOPARAM,AUTOSPC,YESPARAM,K6ROT,100.PARAM,MAXRATIO,1.E+8PARAM,GRDPNT,0CORD2C 1 0 0. 0. 0. 0. 0. 1.+FEMAPC1+FEMAPC1 1. 0. 1.CORD2S 2 0 0. 0. 0. 0. 0. 1.+FEMAPC2+FEMAPC2 1. 0. 1.

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FEM Schnittstellen (Dateien)

FEM Folie 3- 8

DAT – Datei mit Eingabedaten für Nastran

$ Femap with NX Nastran Load Set 1 : lc1FORCE 1 12 0 1. 0. -25000. 0.$ Femap with NX Nastran Constraint Set 1 : co1SPC 1 17 123 0.$ Femap with NX Nastran Property 1 : rodAPROD 1 1 1700. 0. 0. 0.$ Femap with NX Nastran Property 2 : rodBPROD 2 1 3400. 0. 0. 0.$ Femap with NX Nastran Material 1 : steelMAT1 1 210000. 0. 0. 0.GRID 5 0 0. 4000. 0. 0 GRID 7 0 0. 6000. 0. 0 …….GRID 35 0 -5500. 0. 0. 0 CROD 1 1 17 22CROD 2 1 22 5……..CROD 18 2 35 25ENDDATA 82a97086

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FEM Geschichte der FEM (Quelle: Wikipedia)

FEM Folie 3- 9

Der Einsatz der FEM in der Praxis begann in den frühen 1960er Jahren in der Luft-

und Raumfahrtindustrie und sehr bald auch im Fahrzeugbau. Die Methode basiert

hier auf den Arbeiten bei der Daimler AG in Stuttgart, die das selbst entwickelte FEM-

Programm ESEM (Elektrostatik-Element-Methode) einsetzte, lange bevor die computerunterstützte Konstruktion (CAD) Anfang der 1980er Jahre ihren Einzug hielt.

Der Ausdruck Finite-Elemente-Methode wurde erstmals 1960 von R.W. Clough

vorgeschlagen und wird seit den 1970er Jahren überall verwendet.

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FEM Geschichte der FEM (Quelle: Wikipedia)

FEM Folie 3- 10

Die Geschichte der Finite-Elemente-Methode erschließt sich aus den Forschungen und

Veröffentlichungen der folgenden Autoren (Auswahl):

* Walter Ritz (1878–1909): neue Methode zur Lösung von Variationsproblemen,

Ritz’sches Verfahren (1908/09)

* Boris G. Galerkin: Verfahren der gewichteten Residuen (1915)

* Trefftz (1926): lokal begrenzte Ansatzfunktionen; Gegenstück zum Ritz’schen

Verfahren

* Alexander Hrennikoff (1896-1984): Stabmodelle, Ersetzen von Scheiben durch

Fachwerke, Platten durch Trägerroste 1940/41

* Richard Courant (1888–1972): Variational methods for the solution of problems of

equilibrium and vibration(s). 1943 (Ansatzfunktionen mit lokalem Träger,

elementweise Ansätze für Schwingungsprobleme)

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FEM Geschichte der FEM (Quelle: Wikipedia)

FEM Folie 3- 11

* John Argyris (1913–2004): Kraft- und Verschiebungsmethode für Stabtragwerke,

Matrizenformulierung (1954/55)

* M. J. Turner, Ray W. Clough, H. C. Martin, L. J. Topp: Stiffness and deflection

analysis of complex structures. 1956 (erste Strukturberechnung von

Flugzeugflügeln bei Boeing, erste Anwendung der FEM mit Computerprogramm,

erste Anwendung von Flächenelementen)

* Ray W. Clough: The finite element method in plane stress analysis. 1960

(wahrscheinlich erste Verwendung des Begriffs Finite Elemente)

* Olgierd C. Zienkiewicz (* 1921), Pionier der FEM und erstes Standardwerk

(Lehrbuch): The Finite Element Method in Structural and Continuum Mechanics.,

1967 (mit Y. K. Cheung)

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FEM Übung 3: Balkenstruktur

FEM Folie 3- 12

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Abmessungen SI-Einheiten

FEM Folie 3- 13

6 m

5 m

5 m

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Material

FEM Folie 3- 14

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Darstellung des Elementquerschnitts

FEM Folie 3- 15

FHA / FM / TH 2007/10

FEM Übung 3: Balkenstruktur Eigenschaften

FEM Folie 3- 16

Orientierungsachse für den Balkenquerschnitt

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Eigenschaften

FEM Folie 3- 17

Orientierungsachse für den Balkenquerschnitt

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Lager

FEM Folie 3- 18

alle 6 Freiheitsgrade festhalten

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Lasten

FEM Folie 3- 19

Lastfall 1

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Lasten

FEM Folie 3- 20

Lastfall 2: Eigengewicht

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Vernetzung

FEM Folie 3- 21

Vernetzung:

Mesh – Geometry – Curves (Use Meshing Attributes)

Eigenschaften den Linien (Geometrie!) zuweisen:

Mesh – Mesh Control – Attributes Along Curve

Elementgröße / Elementanzahl:

Mesh – Mesh Conrtol – Size Along Curve

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Analyse

FEM Folie 3- 22

Mehrere Lastfälle rechnen

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Ergebnisse

FEM Folie 3- 23

Model – Output - Process

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FEM Übung 3: Balkenstruktur Eigenwerte

FEM Folie 3- 24

Model – Analysis (New)