In dieser Ausarbeitung wird die FEM- Analyse in CATIA V5 an einfachen Bauteilen und Baugruppen beschrieben. Seit Herbst 2001 steht CATIA V5 in der MES zur Ausbildung von Maschinenbau- Technikern zur Verfgung. In mehreren Projekten machten sich beteiligte Lehrer und Studierende der Fachschule mit dem Programm schrittweise vertraut.

Im Rahmen der Projektarbeit der Technikerklasse FV4a wurde das Modul „Analyse & Simulation in CATIA V5 erarbeitet. Das Projekt umfasst den letzten Ausbildungsabschnitt der Klasse. Das Thema des Projektes lautet CATIA V5. Die Studierenden wurden in kleine Gruppen unterteilt und jeder Gruppe wurde ein Modul in CATIA V5 zugewiesen. Sinn dieses Projektes ist es, die Kenntnisse und den Umgang mit der Software zu verbessern und die Ergebnisse der Max- Eyth- Schule und somit auch nachfolgenden Semestern zu Verfgung zu stellen.

Die Finite-Elemente-Methode (FEM) in CATIA V5 hat sich zu einem Standardverfahren fr

Simulation und Analyse von Bauteilen und -gruppen entwickelt. Es ist möglich, bereits in der Entwurfsphase des Konstruktionsprozesses eine Vordimensionierung der Bauteile vorzunehmen, um ein den Anforderungen gerechtes und kostenoptimiertes Produkt zu entwickeln. Die FEM ermöglicht jedoch auch, Bauteile oder Baugruppen, die bereits konstruiert worden sind, zu berechnen und zu optimieren. Dieses Verfahren wird nicht nur in großen, sondern zunehmend auch in kleineren, mittelständischen Unternehmen eingesetzt.

Die Finite-Elemente-Methode (abgekrzt: FEM) gilt als Standardverfahren zur Berechnung von Feldproblemen. In der Statik und Festigkeitslehre können mit diesem Berechnungsverfahren Spannungen, Verformungen, Dehnungen und Reaktionskräfte an Bauteilen berechnet werden. In der Dynamik bzw. Schwingungslehre liefert es Eigenfrequenzen und Eigenformen schwingender Strukturen.

Wir wollen in den folgenden Abschnitten in die Arbeitsumgebungen „Generative Structural Analysis und „Advanced Meshing Tool von CATIA V5 einfhren. Diese Umgebungen stellen eine relativ einfache und bersichtliche Realisierung der Finite-Elemente-Methode dar.

Die theoretischen Zusammenhänge der FEM möchten wir in diesem Skript nicht darstellen. Vielmehr wollen wir versuchen zu zeigen, wie die wesentlichen Aufgabenstellungen der Mechanik praktisch gelöst werden. Dies zeigen wir an typischen Beispielen.

Als die FEM- Methode entwickelt wurde, standen noch gar keine grafischen Eingabegeräte zur Verfgung, die CAD möglich gemacht hätten. Das FEM- Netz musste also von Hand (gewissermaßen Punkt fr Punkt und Element fr Element) erzeugt werden. Dies war ein extrem aufwändiges Verfahren. Es dauerte oft Wochen oder gar Monate, bis ein hinreichendes Modell entwickelt war. Das so erzeugte FEM- Netz wurde dann durch Randbedingungen und Kräfte vervollständigt.

Ursprnglich wurde die Finite- Elemente- Methode zur Lösung von Festkörperproblemen in den 1950er Jahren entwickelt, obwohl die Bezeichnung „Finite Elemente erst etwas später benutzt wurde. Im weiteren Verlauf der Forschung wurde die Finite- Elemente- Methode immer weiter verallgemeinert und kann nunmehr in vielen physikalischen Problemstellungen, u.a. in verschieden gekoppelten Feldberechnungen, eingesetzt werden.

Mittlerweile findet die Methode in allen Gebieten der Technik einschließlich Wettervorhersage und Medizintechnik ihre Anwendung, im Fahrzeugbau bei Kleinteilen ber Motor und Fahrwerk bis hin zur Karosserieberechnung einschließlich Crash- Verhalten.

Durch die Integration der FE- Methode in die 3D-CAD-Umgebung ist es heute möglich, selbst sehr aufwändige FEM- Modelle in Sekunden oder Minuten zu erhalten. Das FEM- Modell wird dabei automatisch oder halbautomatisch durch ein Generatorprogramm aus dem 3D-Volumenmodell eines Bauteils abgeleitet.

Lasten und Randbedingungen können direkt auf das CAD-Modell aufgegeben werden. Das Programm verteilt diese dann automatisch auf Knoten bzw. Elemente, wenn das FE- Netz vom Generatorprogramm erzeugt wird.

Man unterscheidet drei Phasen der FEM- Anwendung in CATIA V5

- Preprocessing  Vorverarbeitung

- Solving        Lösung        

- Postprocessing       Nachbearbeitung