Rechnergestützte strukturmechanische Untersuchung und Simulation dynamischer Systeme

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 & Themen

Die vorliegende Masterarbeit verfolgt das Ziel, aktuelle, kostenfreie CAx-Software hinsichtlich ihrer Eignung zur Lösung von Problemstellungen aus der Lehre, insbesondere im Kontext von CAE-Methoden, zu evaluieren. Im Fokus stehen dabei die statische Finite Elemente Analyse sowie die dynamische Mehrkörpersimulation.

• Marktanalyse und Auswahl geeigneter, lizenzfreier CAx-Softwarelösungen
• Methodische Bewertung von Z88Aurora und FreeCAD
• Detaillierte Analyse der FEA-Funktionalitäten anhand von Beispielaufgaben
• Untersuchung der Leistungsfähigkeit bei der Mehrkörpersimulation
• Softwareergonomische Evaluation basierend auf DIN-Normen

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der rechnergestützten Produktentwicklung ein und definiert das Ziel sowie den Aufbau der Arbeit.

2 Stand der Technik: Hier werden die theoretischen Grundlagen der Finite Elemente Analyse und der Mehrkörpersimulation sowie deren wesentliche Unterschiede erläutert.

3 Marktanalyse: Es erfolgt eine Recherche und Auswahl geeigneter, kostenfreier CAx-Programme basierend auf definierten Kriterien für FEM und MKS.

4 Analyse von FreeCAD: In diesem Hauptteil wird die Software FreeCAD anhand von Beispielaufgaben in den Bereichen statische FEM und dynamische MKS detailliert untersucht und bewertet.

5 Zusammenfassung und Fazit: Das abschließende Kapitel fasst die gewonnenen Erkenntnisse zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Untersuchungsmöglichkeiten.

Schlüsselwörter

CAx-Methoden, Finite Elemente Analyse, FEA, Mehrkörpersimulation, MKS, FreeCAD, Z88Aurora, Softwareanalyse, Produktentwicklung, Konstruktion, Simulationsmethoden, Open Source, Softwareergonomie, CAE.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Masterarbeit grundlegend?

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Identifikation und Analyse kostenfreier CAx-Software, die für die Anwendung in der Lehre (CAE-Methoden) geeignet ist.

Welche zentralen Themenfelder behandelt die Untersuchung?

Die Schwerpunkte liegen auf der statischen Analyse mittels Finite Elemente Methode sowie der dynamischen Simulation von Mehrkörpersystemen.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Ziel ist es zu prüfen, inwieweit frei verfügbare Software die anspruchsvollen Problemstellungen der CAE-Lehrinhalte abdecken kann.

Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?

Es wird eine systematische Marktanalyse durchgeführt, gefolgt von einer softwareergonomischen und funktionsspezifischen Evaluation anhand praktischer Übungsaufgaben.

Was wird im umfangreichen Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil widmet sich der detaillierten Anwendung von FreeCAD auf zwei konkrete Berechnungsbeispiele, um FEA- und MKS-Funktionalitäten zu verifizieren.

Welche Schlagworte charakterisieren diese Arbeit am besten?

Die Arbeit lässt sich am besten durch Begriffe wie CAE-Methoden, Finite Elemente Analyse, Mehrkörpersimulation und Open-Source-Software beschreiben.

Warum wurde FreeCAD als Hauptgegenstand der Analyse gewählt?

FreeCAD wurde gewählt, da es als eine der wenigen Open-Source-Lösungen die Kriterien für eine kostenfreie Nutzung und einen hinreichenden Funktionsumfang für beide Disziplinen (FEM und MKS) erfüllt.

Wie unterscheidet sich die Bewertung von FEA und MKS in der Arbeit?

Während die FEA-Funktionalität als gut eingestuft wird, zeigt die Analyse, dass die MKS-Simulation ohne zusätzliche Programmierung in Python nur schwer und eingeschränkt möglich ist.

Welche Rolle spielt die Softwareergonomie für die Bewertung?

Die Arbeit orientiert sich an DIN-Normen zur Softwareergonomie, um die Benutzerfreundlichkeit und Effizienz bei der Lösung technischer Problemstellungen zu bewerten.