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André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 215.12.2006
Übersicht
➢ Definition➢ Teilgebiete des CAE
➢ CAD➢ FEM
➢ Anwendungen➢ Was hat das mit Rechnernetzen zu tun?
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 315.12.2006
Definition
➢ Computer Aided Engineering (CAE) ist die rechnerunterstützte
Lösung technischer und wissenschaftlicher Probleme vor und
während des ingenieurmäßigen Entwicklungs- und
Konstruktionsprozesses. ➢ CAE umfasst alle rechnergestützten konstruktiven Anwendungen von
Berechnung, Prüfung, Funktionstest über die computergestützte
Produktion und Fertigung bis hin zur Analyse und der
computerunterstützten Qualitätskontrolle (CAQ).
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 415.12.2006
Definition
wesentliche Funktionen
● Entwurf● Berechnung● Zeichnungserstellung● Dokumentation● Simulation● Test
Quelle: http://www.sgi.com/fun/gallery/
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 515.12.2006
Teilgebiete des CAE 1
● Digital Mock-Up (DMU)
● Digitales Versuchsmodell
● Ein-, Ausbauuntersuchungen, Kollisions- und
Baubarkeisprüfungen
● Mehrköpersimulation (MKS)
● Reale Körper werden durch unverformbare
Körper ersetzt
● Aufschluß über Kräfte, Beschleunigungen und
Geschwindigkeiten der Körper
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 615.12.2006
Teilgebiete des CAE 2
● Numerische Strömungsmechanik (CFD)
● Computational Fluid Dynamics
● Strömungsverhalten von Flüssigkeiten und Gasen
● Computer Aided Software Engineering (CASE)
● Unterstützen bei Planung, Entwurf und Dokumentation
● z.B. Versionsverwaltung, UML-Modellierung
● Geometriemodellierung (CAD)
● Finite Elemente Methode (FEM)
Quelle: http://www.sgi.com/fun/gallery/
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 715.12.2006
CAD● Computer Aided Design● Umfaßt Konstruktion, Entwicklung und Entwurf
● nicht nur technische Zeichnungen auch 3D und Volumenmodelle● Basieren auf Datenbanken● Jedes Bestandteil ist ein Objekt● Änderungen und Spezifikationen sind Parameter der Objekte
Quelle: http://www.sgi.com/fun/gallery/
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 815.12.2006
CAD Geschichte
● 1962 Ivan Sutherland stellt Sketchpad vor● 1965 erste kommerzielle CAD-Systeme● Ende der 60er Forschungen zur Abbildung von 3D Grundköpern● Anfang 80er erste CAD Programme für PCs● Mitte 80er erster Farbrenderer: 3D-CAD-System PYTHA● Ende 80er 3D auch für kleinere Firmen erschwinglich
Quelle: www.cadazz.com/cad-software-Sketchpad.htm
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 915.12.2006
CAD Darstellungsarten
● 2D (Punkte, Linien usw)● 2 ½ D
● Flächen und Geraden im Raum● Weniger Rechenintensiv wie 3D
● 3D● Kantenmodell● Flächenmodell● Volumenmodell● Körpermodell● Konstruktionshistorie
Quelle: www.esa.int/techresources/
Quelle: www.mp-marine.com/CAD.html
Quelle: www.mp-marine.com/CAD.html
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 1015.12.2006
CAD Ein- Ausgabegeräte
● Eingabegeräte● Tastatur und Maus● Funktionstastatur● Graphiktabletts● Digitalisierer● Touchscreens
● Ausgabegeräte● Bildschirm● Drucker / Plotter Quelle: www.schmidt-haensch.com
Quelle: www.schmidt-haensch.com
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 1115.12.2006
CAD Datenformate● DXF als Standard für 2D Zeichnungen ● VDA-FS – Datenaustauschformat für Flächen, entwickelt vom Verband
Deutscher Automobilbauer (VDA)● IGES - Datenaustauschformat für 2D-Zeichnungen und 3D-Daten (Flächen)
● in fast allen CAD-Anwendungen als Austauschformat üblich und möglich.● STEP - ein standardisiertes Dateiaustauschformat
● Einziges Datenformat, welches Volumen fast verlustfrei und mit Parametrik
überträgt● VRML97-ISO/IEC 14772
● wurde ursprünglich als 3D-Standard für das Internet entwickelt● Die meisten CAD-Anwendungen ermöglichen den Im- und Export
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 1215.12.2006
FEM Geschichte
● Erste Parallelen im alten Griechenland durch Eudoxos und Archimedes● Einige Werke
● 1851 Schellenbach: Lösung eines Minimalflächenproblemes● 1908 Ritz: neue Methode zur Lösung von Variationsproblemen (Ritzsches
Verfahren)● 1926 Treftz: lokal begrenzte Ansatzfunktionen● 1960 Clough: FEM in Flugzeugbelastungstest
● Erstes Lehrbuch von Zienkiewicz: „the finite element method“
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 1315.12.2006
FEM● Numerisches Verfahren zur Näherungsweisen Lösung partieller Differentialgleichungen mit Randbedingungen ● Einteilen des zu untersuchenden Problems in Teilgebiete (finite Elemente)● Definieren von Ansatzfunktionen● Aus Ansatzfunktion partiellen Diffenrentialgleichungen und Randbedingungen wird ein Gleichungssystem● Aus GS können die gesuchten Resultate abgeleitet werden
Quelle: www.fht-esslingen.de
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 1415.12.2006
Anwendungen 1➢ CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application)
➢ von frz. Firma Dassault Systèmes für Flugzeugbau entwickelt➢ heute auch für Fahrzeugbau, Schiffbau und allg. Maschinenbau eingesetzt
➢ Ansys (Analysis System)➢ Finite Elemente Software➢ Lösung von linearen und nichtlinearen Problemen in z.B. Thermodynamik
Quelle: www.cad-zimmermann.de
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 1515.12.2006
Anwendungen 2➢ MATLAB (Matrix Laboratory)
➢ auf Matrizen ausgelegt➢ dient der numerischen Lösung mathematischer Probleme ➢ vorwiegend für numerische Simulation eingesetzt
Quelle: www.mathworks.com
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 1615.12.2006
CAE und Rechnernetze?● Zauberwort: ParallelisierungPerformance-Beispiel:Saugrohr mit ca. 1Mio. Gitterpunkten, im Bild zerlegt in 32 Gebiete
Quelle: www.ihs.uni-stuttgart.de/forschung/projekte/numalg/
André Dietzsch – 03Inf – Computer Aided Engineering 1715.12.2006
Literatur
● CAD für Einsteiger;Böning, Koch; Wien 1994; Wiener Verlag
● Distributed Computer-Aided Engineering; Adeli, Kumar; Washington 1999;
CRC Press
● www.cadfem.de
● www.wikipedia.de
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