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CAE > CAE > Flashcards

CAE Flashcards

1
Q

Was bedeutet CAE?

A

Computer Aided Engineering

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Q

Was sind die wichtigsten
IT-Systeme im Produktlebenszyklus

A
  • ERP: Enterprise Resource Planning
  • CRM: Custom Relationship Management
  • CAQ: Computer Aided Quality
  • SCM: Supply Chain Management
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3
Q

Wie wird die Vorbereitung einer

FEM-Berechnung genannt?

A
  • Preprocessing: Erzeugen des Simulationmodells
  • Solving: Numerische Lösung des Simulationsmodells
  • Postprocessing: Visualisierung und Reporting
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4
Q

In welchen Bereichen werden FEM-Analysen überwiegend eingesetzt?

A
  • Verformungs- und Spannungsberechnungen
  • Temperatursimulation
  • Materialflusssimulation
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5
Q

Was bedeutet die Abkürzung CFD?

A

Computational Fluid Dynamics

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6
Q

Was sind typische Ziele von Mehrkörpersimulationen?

A
  • Echtzeitsimulationen
  • Analyse von Bauteilverformungen
  • Analyse von Bewegungsvorgängen
  • Berechnung von Temperaturfeldern
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7
Q

Was sind typische Ergebnisse einer Spritzguss-Füllsimulation?

A
  • Bindenahtverlauf
  • Druckverlauf
  • Verzug
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8
Q

Eine Änderung der Blechdicke beim Tiefziehen ist?

A
  1. beabsichtigt
  2. nicht zu vermeiden
  3. unbeabsichtigt (x)
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9
Q

Berechnung der arithmetischen Schließmaßtoleranz:

A

Ta = T1 + T2 + T3

Ts = Wurzel aus(T1^2 + T2^2 + T3^2)

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10
Q

Das Prozesspotential hängt ab von…

A
  1. der Prozesslage
  2. der Prozessstreubreite (x)
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11
Q

In welchen Bereich kann man mittels der Bewegungssimulation eine Taktzeitbestimmung durchführen?

A
  • Robotersimulation
  • Menschsimulation
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12
Q

Zeitlicher Ablauf des Produktentstehungsprozesses

A
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13
Q

Was sind die Schwerpunkte des CAE Einsatzes im Produktlebenszyklus?

A
  • Produktentwicklung
  • Fertigungsplanung
  • Produktion
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14
Q

Was ist die Berechnungsmethode A ?

A

(z.B. Frühere Dimensionierungs- und Auslegungsrechnung)

  • Methode mit geringen Zeitaufwand
  • Geringe Aussagegüte, Methode durch Grundkenntnisse handhabbar
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15
Q

Was ist die Berechnungsmethode B ?

A

(z.B. lineare Finite Elemente Berechnungen)

  • Methode mit mittleren Zeitaufwand
  • Mittlere Aussagegüte, Methode durch Einarbeitung von Konstrukteur handhabbar
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16
Q

Was ist die Berechnungsmethode C ?

A

(z.B. nicht lineare Finite Elemente Berechnungen)

  • Methode mit hohen Zeitaufwand
  • Hohe Aussagegüte, Methode nur durch Spezialisten handhabbar
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17
Q

Wie werden die mathematischen Lösungsverfahren unterschieden?

A
  • Analytische Lösungen:

(z.B. Formeln nach Kostruktionshandbüchern /
Differentialgleichungen / geometrische Berechnungen wie Schwerpunkt, Oberfläche etc. )

  • Nährungslösungen:
  • Finite Elemente Methode (FEM)
  • Mehrkörpersysteme (MKS)
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18
Q

Wann ist eine Simulation sinnvoll?

A

Wenn…

  • Neuland beschritten wird
  • die Grenzen analytischer Methoden erreicht sind
  • komplexe Wirkungszusammenhänge die menschliche Vorstellungskraft überfordert
  • das Experementieren an realen Systemen nicht möglich bzw. zu kostenintensiv ist
  • das zeitliche Ablaufverfahren untersucht werden soll
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19
Q

Was versteht man beim CAE unter einem Modell?

A
  • eine vereinfachte Nachbildung eines geplanten oder existierenden Systems mit seinen Prozessen in einem anderen begrifflichen oder gegenständlichen System.
  • es unterscheidet sich hinsichtlich der untersuchungsrelevanten Eigenschaften nur innerhalb eines vom Untersuchungsziel abhängigen Toleranzrahmens vom Vorbild
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20
Q

Was versteht man beim CAE unter einem Prozess?

A

Ein Prozess ist die Gesamtheit von aufeinander einwirkender Vorgängen in einem System, durch die Materie, Energie oder auch Information umgeformt, transportiert oder auch gespeichert wird.

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21
Q

Was versteht man beim CAE unter einen Simulationslauf ?

A

Ein Simulationslauf ist die Nachbildung des Verhaltens eines Systems mit einem spezifizierten ablauffähigen Modell über einen bestimmten Modellzeitraum – auch Simulationszeit genannt, wobei gleichzeitig die Werte untersuchungs-relevanter Zustandsgrößen (Attribute) erfasst und ggf. statistisch ausgewertet werden.

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22
Q

Was versteht man beim CAE unter einem Simulator?

A

Softwareprogramme, mit dem ein Modell zur Nachbildung des dynamischen Verhaltens eines Systems und seiner Prozesse erstellt und ausführbar gemacht werden kann.

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23
Q

Welche Methoden gibt es beim CAE und wie werden sie klassifiziert?

A
  • ​​Festigkeitssimulation // Analyse der mech. Beanspruchung
  • Strömungssimulation // Analyse von Strömungsvorängen
  • Thermische Simulation // Analyse des Wärmeübergangsverhaltens und Temperaturfeldern
  • Fertigungsprozesssimulation (Moldflow) // Analyse der Herstellung von Kunststoffteilen
  • Kinematiksimulation // Analyse von Bewegungsvorgängen
  • Digital Mock Up (DMU) // Analyse von Produkt- und Analagenaufbau
  • Mehrkörpersimulation (MKS) // Analyse von dynamischen Bewegungsvorgängen
  • Toleranzkettensimulation // Toleranzanalyse auf Basis zufallsverteilter Fertigungsprozesse
  • Ablaufsimulation // Analyse des Materialfluss in der Fertigung
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24
Q

Was wird bei einer Festigkeitssimulation analysiert?

A

Analyse der mechanischen Beanspruchung.

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25
Q

Was wird bei einer Strömungssimulation analysiert?

A

Analyse von Strömungsvorgängen

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26
Q

Was wird bei einer thermischen Simulation analysiert?

A

Analyse des Wärmeübergangsverhaltens und Temperaturfeldern.

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27
Q

Was wird bei einer Fertigungsprozesssimulation analysiert?

A
  • Spritzgusssimulation
  • Analyse der Herstellung von Kunststoffteilen (Moldflow)
  • Tiefziehsimulation
  • Toleranzkettensimulation
  • Bewegungssimulation
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28
Q

Was wird bei einer Kinematiksimulation analysiert?

A

Analyse von Bewegungsvorgängen

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29
Q

Was wird beim Digital Muck Up (DMU) analysiert?

A

Analyse von Produkt- und Anlagenaufbau

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30
Q

Was wird bei einer Mehrkörpersimulation analysiert?

A

Analyse von dynamischen Bewegungsvorgängen

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31
Q

Was wird bei einer Toleranzkettensimulation analysiert?

A

Toleranzanalyse auf Basis zufallsverteilter Fertigungsprozesse

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32
Q

Was wird bei einer Ablaufsimulation analysiert?

A

Analyse des Materialflusses in der Fertigung

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33
Q

Was sind die Ziele der Produktentwicklung?

A

Projektziele QKT:

  • Qualität maximieren
  • Kosten minimieren
  • Termine (Zeit) minimieren
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34
Q

Was versteht man unter dem Begriff Frontloading?

A

Entwicklungsaufwand in frühere Phasen des PEP verlagern.
(Von „Grob- und Detailentwicklung“ in Richtung „Planungs- und Konzeptphase“)

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35
Q

Was sind die Entwicklungsstufen der rechnergestützen Produktentwicklung?

A
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36
Q

Was man bei einer Simulation nie vergessen sollte…

A
  • Die Qualität der Simulationsergebnisse hängt von der Qualität der Daten ab!
  • Mit ungenauen oder unvollständigen Daten ist keine genaue Simulation möglich
  • Vertraue niemals den berechneten Ergebnissen!
  • In Simulationsmodellen, Daten und Algorithmen können Fehler sein
  • Simulation löst kein Problem!
  • Simulation ist nur ein Hilfsmittel
  • Die Ideen zur Problemlösung müssen vom
    Ingenieur kommen
37
Q

Was sind die Vor- und Nachteile von FEM?

A

Vorteile:

  • Sehr genaue Simulationen, wenn die Materialeigenschaften bekannt sind
  • Analyse auch von sehr komplexen Geometrien

Nachteile:

  • Recht langsam und daher nicht für Echtzeitanwendungen geeignet
  • Teilweise hoher Bearbeitungs- und Rechenaufwand
38
Q

Was sind die Inhalte eines FEM Berechnungsmodells?

A
  • Geometrie
  • Belastungen (Größe, Lage, Zeitverhalten wie Stoß, Beschleunigung, Schlag etc.)
  • Werkstoff (Werkstoffverhalten, Wärmebehandlung, Beschichtung,…)
  • Lagerung / Stützung (Freiheitsgrade, Zwangsbedingungen)
39
Q

Was sind die Einzelschritte einer FEM Analyse?

A
  • CAD Geometrie erstellen
  • CAD Geometrie Importieren
    (ggf. vereinfachen oder reparieren)
  • FEM-Netz erstellen (ggf. verfeinern oder reparieren)
  • Randbedingungen festlegen Simulieren
40
Q

Was sind Anwendungsfelder der FEM?

A
  • Verformungs- und Spannungsberechnungen
  • Elastizitätstheorie
  • Strömungsberechnungen
  • Navier-Stokes-Gleichungen
  • Wärmeleitung, Temperaturverteilung
  • Laplace-Gleichungen
  • Elektromagnetik, Elektrostatik, Magnetostatik
  • Maxwell-Gleichung
41
Q

Welche Mechanismen zur Geometrievereinfachung gibt es?

A
  • Vernachlässigung nicht maßgeblicher Teile
    (z. B. Radien, Fasen oder kleine Bohrungen)
  • Vernetzungs- und Berechnungsaufwand werden reduziert
  • Vereinfachung auf den zweidimensionalen Fall wenn die Dicke gering ist
  • Ausnutzung von Symmetrien
  • Berechnung eines Bauteilbereichs zu dem die anderen Bereiche symmetrisch sind
42
Q

Was sind die Basiselemente der FEM und welche Eigenschaften haben sie?

A
  • Stäbe: eindimensionales Element, überträgt Kräfte in Längsrichtung
  • Balken: 3D-Elemente, nehmen nur Biegekräfte- und Momente auf
  • Scheiben: ebene 2D-Elemente, übertragen Kräfte in 2 Koordinatenrichtungen
  • Platten: Erweiterung der Scheiben, übertragen auch Momente
  • Schalen: räumlich gekrümmte Ausprägung des Plattenelements
  • Volumenelemente: sind Polyeder, Kräfte und Momente in allen Raumrichtungen (sind bevorzugte Elemente)
43
Q

Worauf basiert die automatische Erzeugung von Knoten und Elementen?

A
  • Bauteilgeometrie und Topologie
  • Element Bibliothek
  • Netz Attribute: Dichte, Elementtypen, Randbedingungen, Belastungen
44
Q

Welche Verfahren zur automatischen Netzgenerierung gibt es?

A
  • Node Connection Approach
  • Grid Based Approach
45
Q

Was ist das Ziel der numerischen Strömungsmechanik (CFD)?

A
  • Die Strömungssimulation hat das Ziel, mit numerischen Methoden ein vorgegebenes strömungsmechanisches Problem zu lösen.
  • Die meisten Problemstellungen befassen sich konkret mit der Lösung der Navier-Strokes-Gleichungen
46
Q

Was sind bewährte Lösungsmethoden der Strömungsmechanik?

A
  • Die Finite Differenzen Methode (FDM)
  • Die Finite Volumen Methode (FVM)
  • Die Finite Elemente Methode (FEM)
47
Q

Welche 3D Gitterelementtypen gibt es, und worin liegen die Vor- bzw. die Nachteile?

A
48
Q

An welchen Stellen ist ein feines Netz erforderlich?

A
  • In der Nähe von Wänden, wo die Geschwindigkeit gegen Null geht.
  • In der Nähe von scharfen Kanten oder Kurven sowie bei kleinen Öffnungen
49
Q

Was sind Mehrkörpersysteme?

A

Mehrkörpersysteme beschreiben Systeme aus verschiedenen, massebehafteten starren oder elastischen Körpern, die untereinander an Kontaktstellen gekoppelt sind.

50
Q

Was ist eine Mehrkörpersimulation?

A

Eine Mehrkörpersimulation liefert unter Vorgabe von Anfangs- und Randbedinungen die Bewegungsabläufe und die dabei an dem Körper wirkenden Kräfte und Momente.

51
Q

Was sind die Ziele einer Mehrkörpersimulation?

A

Bewegungsanalyse von komplexen kinematischen Systemen
Modalanalysen (Eigenfrequenz, Eigenschwinungsform)

Realisierung des Virtual Prototyping

Echtzeitsimulation, Hardware-in-the-Loop (HIL)

Ermittlung dynamischer Bauteilbelastungen Bereitstellung dynamischer Bauteilbelastungen für die FEM

52
Q

Was ist Hardware-in-the-Loop (HIL)

A

Beim HIL wird eine elektronische und mechanische Teilkomponente eines Systems über spezielle Schnittstellen mit einer Computersimulation verbunden, um getestet und optimiert zu werden.

Die HIL-Simulation bietet die Möglichkeit, das tatsächliche System anstelle eines Modells zu testen.

Dem Prüfobjekt wird eine vollständige, echtzeitfähige Umgebung vorgetäuscht, welche auf virtuelle Umwelteinflüsse reagieren muss.

53
Q

Was sind die Ergebnisse einer Spritzgusssimulation?

A
  • Füllzeit
  • Druckverlauf
  • Bindenähte
  • Lufteinschlüsse
  • Einfallstellen
54
Q

Welche Vernetzungsarten gibt es bei der Spritzgusssimulation?

A
55
Q

Welche Fehler können beim Tiefziehen entstehen?

A
  • Risse (Bodenrisse, Längsrisse, Umfangrisse)
  • ​Falten
  • Fließfiguren
56
Q

Was ist die Zielsetzung von Tiefziehsimulationen?

A

Auslegung des Prozesses hinsichtlich:

  • Notwendiger Kräfte
  • Notwendiger Temperatur
  • Anzahl der Optimierung der Umformstufen
  • Erzielbarer Toleranzen
57
Q

Wie ist der Ablauf einer Toleranzkettensimulation?

A
  • Import der reduzierten CAD Daten
  • Gruppieren der Bauteile (Nominalgeometrie) in die vorgegebene Reihenfolge
  • Erzeugen der Bezugssysteme der Bauteile
  • Verknüpfen der Bauteile über Montageoperationen
  • ​Definition der Qualitätsmerkmale (Messpunkte)
58
Q

Was versteht man unter der Qualitätskennzahl cp?

A

Das Prozesspotential:

  • Ist ein Maß für die Leistung, die der Prozess bei optimaler Einstellung erbringen kann
  • Vergleicht die spezifische Toleranzbreite mit der Prozessstreubreite
59
Q

Was versteht man unter der Qualitätskennzahl cpk?

A

Die Prozessfähigkeit:

  • Beurteilt die spezifizierte Toleranzbreite im Vergleich zur Prozesstreubreite
  • ​Hängt von der Prozesslage und der Prozesstreubreite ab
60
Q

Was wird bei einer Bewegungssimulation untersucht, und was sind die Ergebnisse?

A

Untersuchung von Bewegungsvorgängen:

  • Kinematik
  • Kollisionen
  • Dynamik

Ergebnisse:

  • Bahnkurven, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen
  • Erreichbarkeit, Bauraum
  • Kollisionen
  • Kräfte und Momente
  • Taktzeiten
61
Q

Was sind typische Anwendungsbereiche von Bewegungssimulation?

A

Darstellung der Bewegung von:

  • Industrieroboter
  • Vorrichtungen
  • Werkzeugmaschinen
  • Mitarbeiter
62
Q

Welche Aspekte werden bei einer Bewegungssimulation untersucht?

A
  • Erreichbarkeit
  • Zugänglichkeit
  • Kollisionsvermeidung
  • Günstige Anordnung
  • Ausführungszeiten (Zyklus- und Taktzeiten)
63
Q

Was ist Rapid Prototyping?

A
  • Generativer, schichtweiser Aufbau von Bauteilen direkt aus CAD Daten
  • i.d.R. kein Einsatz von Formen und Werkzeugen
  • Erschließung von hohen wirtschaftlichen Potentialen bei Fertigung komplexer Geometrien in kleiner Stückzahl
64
Q

Was ist Rapid Tooling?

A
  • Gleiche Prinzipien und charakteristische Merkmale wie beim Rapid Prototyping
  • Schichtweiser Aufbau von formgebenden Werkzeugen (direktes RT)
  • Abformende Herstellung von Werkzeugen anhand schichtweise aufgebauter Urmodelle (indirektes RT)
65
Q

Wie funktioniert Stereolithography (SL)?

A

Lokale Verfestigung von flüssigen Monomer durch UV-Strahlung (Laser, Lampe), Stützen oder Stützmaterial erforderlich

Materialien: Epoxydharze, Acrylate

66
Q

Was sind die Vor- und Nachteile von Stereolithography (SL)?

A

Vorteile: Hoher Detaillierungsgrad, sehr gute Oberflächen

Nachteile: Geringere mechanische und thermische Belastbarkeit als Selective Laser Sintering (SLS) und Fused Deposition Modeling (FDM)

67
Q

Wie funktioniert Lasersintern/ Selective Laser Sintering (SLS)?

A

Lokales aufschmelzen von pulverförmigem thermoplastischem Material, Schichtbildung nach Erstarrung.
Keine Stützen Erforderlich

Material: Kunststoffe (Polyamid, Polystyrol), Metalle, Sande, Keramiken

68
Q

Was sind die Vor- und Nachteile von Lasersintern/ Selective Laser Sintering (SLS)?

A

Vorteile: Kunststoff: Höhere mechanische und thermische Belastbarkeit als SL

Nachteile: Rauere Oberflächen, geringerer Detaillierungsgrad als SL

69
Q

Wie funktioniert das Extrusions-Verfahren / Fused Deposition Modeling (FDM)?

A

Aufschmelzen von festen Kunststoffen (Draht oder Block) in einer beheizbaren Düse. Schichtaufbau durch Extrusion.
Verfestigung durch Abkühlung. Stützen erforderlich.

Material: versch. Kunststoffe, z.T. nominell serienidentisch (ABS,PP)

70
Q

Was sind die Vor- und Nachteile des Extrusions-Verfahrens / Fused Deposition Modeling (FDM)?

A

Vorteile: Höhere mechanische und thermische Belastbarkeit als SL

Nachteile: Rauere Oberflächen, geringerer Detaillierungsgrad als SL

71
Q

Wie funktioniert 3D-Printing / Three Dimensional Printing (3DP)?

A

Einspritzen von Bindeflüssigkeit in ein Pulverbett. Mechanische Belastbarkeit durch Infiltration mit Epoxidharz

Material: Stärke/ Wasser, Gips-Keramiken/ Wasser, Metall

72
Q

Was sind die Vor- und Nachteile von 3D-Printing / Three Dimensional Printing (3DP)?

A

Vorteile: Schnell und preiswert, kalter Prozess, farbige Modelle möglich

Nachteile: Geringe Detaillierung, raue Oberflächen.
Stärke und Gips + Infiltration: geringe Belastbarkeit, undefinierte mechanische Eigenschaften

73
Q

Was sind Ziele vom Produktdaten Managementsystem?

A
  • Integration
  • Haltung von Produktdaten
  • Zugriff auf Produktdaten
  • Sicherung von Produktdaten
  • Verkürzung der Produktentwicklungszeit
74
Q

Was sind die wichtigsten Objekte im PDM-System?

A
  • Artikel (Teile, Komponenten, Produkte)
  • Verschiedene Produktstrukturen
  • Papier- oder DV-erzeugte Dokumente, mit oder ohne sicherheitsrelevanten Filemanagement
  • Projekte
75
Q

Was versteht man im PDM unter einem Artikel?

A

Ein Artikel kann sein:

  • Ein Einzelteil
  • Eine Baugruppe
  • Ein Produkt

Jeder Artikel ist durch ein oder mehrere Dokumente (CAD-Modell, Textdokumente z.B. Lastenhefte, Berechnungsergebnisse,…) beschrieben. Jeder Artikel kann in mehreren übergeordneten Artikeln verwendet werden. Die Stückliste beschreibt dabei die Zusammenhänge der Artikel

76
Q

Was sind Nutzdaten (Produktdaten)?

A

Nutzdaten sind Daten, die den eigentlichen Objekten entsprechen. Dies kann z.B. ein 3D-Modell eines CAD-Systems sein.
Die Nutzdaten werden von Metadaten beschrieben und klassifiziert.

77
Q

Was sind Metadaten?

A

Metadaten sind beschreibende, klassifizierte Informationen zur Verwaltung und Organisation von Nutzdaten.
Diese repräsentieren Informationen über Hersteller, Erstellungsdatum, Freigabestatus etc.

78
Q

Wie werden die Kosten im Laufe des Produktlebenszyklus beeinflusst?

A
79
Q

Was sind Vorteile der digitalen Prototypen?

A
  • Optimierte Teile und Formgeometrie unter Berücksichtigung des Fertigungsprozesses
  • Effiziente Entwicklung funktionsfähiger Formteile
  • Reduzierter Aufwand für die Problembehandlung, mehr Zeit für die Entwicklung innovativer Konzepte
  • Weniger physische Prototypen
  • Schnellere Marktreife
80
Q

Wie wird eine Toleranzkette aufgestellt?

A

Vorgehensweise:

  • Zählrichtung festlegen
  • Einzeltoleranzen ermitteln
  • Vorrichtungstoleranz definieren
  • Prozesstoleranz festlegen
  • Toleranzkette aufstellen
81
Q

Welche Aspekte werden bei der Toleranzkettensimulation hinsichtlich der geometrischen Toleranzen beachtet?

A
  • Formelemente
    • Form und Lage
    • Größe
  • Zwischenräume für die Funktion von
    • Einzelteilen
    • Baugruppen
82
Q

Welche Aspekte werden bei der Toleranzkettensimulation hinsichtlich des Toleranzkonzepts beachtet?

A
  • Fertigung / Montage / Prozess
    • Ausrichtung, Einstellung, Befestigung
    • Werkstoffauswahl
    • Prozessfähigkeit
  • Qualität
    • Messung
    • Messvorrichtungen
83
Q

Was wird bei der Layoutplanung untersucht?

A
  • Anordnung der Arbeitsstationen
  • Zugänglichkeit der Stationen
84
Q

Was wird bei einer Ergonomiesimulation untersucht?

A
  • Blickwinkel
  • Zugänglichkeit
  • Körperliche Belastungen
85
Q

Was wird bei einer Zusammenbauuntersuchung geprüft?

A
  • Durchdringungen prüfen (Clashes) => CAD
  • Kollisionen auf Montagewegen prüfen
  • Kollisionen auf Montagewegen inklusive Werkzeug/ Hand prüfen
86
Q

Was wird bei einer Robtersimulation untersucht?

A
  • Taktzeitanalyse
  • -> Optimierung der Wirtschaftlichkeit
  • Erreichbarkeitsanalyse
  • -> Zellenlayout
  • Kollisionsanalyse
  • -> Anlagenverfügbarkeit
  • Offline Programierung
  • -> Verkürzung der Inbetriebnahme
87
Q

Wie ist der Ablauf einer linearen statischen FEM Berechnung?

A
  • Elementsteifigkeitsmatrix formulieren
  • Gesamtsteifigkeitsmatrix zusammensetzten
  • Randbedingungen festlegen
  • Belastungsvektoren erstellen
  • Lösung des Gleichungssystems für die Verschiebungen
  • Kräfte und Spannungen für alle Elemente berechnen
88
Q
A

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