SolidWorks® Software Lektion 12: SolidWorks SimulationXpres - SolidWorks SimulationXpress

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In den Simulation Handbüchern, im Sustainability Handbuch sowie in den Brücken-, Rennwagen-, Mountain-Board- und Katapult-Konstruktionsprojekten werden ingenieurwissenschaftliche, mathematische und physikalische Konzepte angewendet. Klicken Sie auf Hilfe, Student Curriculum (Studienplan für Studierende). BuL Tools Handbuch für das Erlernen der SolidWorks Software

133 Lektion 12: SolidWorks SimulationXpress Fähigkeiten für Lektion 12 Sie erwerben in dieser Lektion folgende Fähigkeiten: Ingenieurwesen: Untersuchen, wie Materialeigenschaften, Kräfte und Lager sich auf das Teilverhalten auswirken. Technik/IT: Das Finite-Elemente-Verfahren zum Analysieren der Kraft und des Drucks auf ein Teil kennen. Mathematik: Einheiten verstehen und Matrizen anwenden. Naturwissenschaften: Dichte, Volumen, Kraft und Druck untersuchen. Aktive Lernübungen – Analyse eines Hakens und eines Steuerarms Folgen Sie den Anweisungen im Abschnitt Konstruktionsanalyse: SolidWorks SimulationXpress: Grundlegende Funktionen von SimulationXpress in den SolidWorks Lehrbüchern. In dieser Lektion bestimmen Diese Fläche fixieren Sie die maximale Von-Mises-Spannung und die Verschiebung, wenn der Haken einer Last ausgesetzt wird. Folgen Sie den Anweisungen im Abschnitt Konstruktionsanalyse: SolidWorks SimulationXpress: Material mit Hilfe der Analyse einsparen in den SolidWorks Lehrbüchern. In dieser Lektion verwenden Sie die Ergebnisse aus SolidWorks SimulationXpress, um das Volumen eines Teils zu verringern. Kraft von 1.500 lb auf diese Flächen anwenden Diese Fläche fixieren Eine vertikale Kraft von 4.000 N auf diese Fläche anwenden

134 BuL Tools Handbuch für das Erlernen der SolidWorks Software Lektion 12: SolidWorks SimulationXpress Lektion 12 — 5-minütiger Test

Name: _______________________________ Kurs: ________Datum:____________

Anleitung: Tragen Sie beim Beantworten der einzelnen Fragen die richtige(n) Antwort(en) an der entsprechenden Stelle ein. Bei vorgegebenen Antworten ist die korrekte Antwort einzukreisen.

1 Wie wird SolidWorks SimulationXpress gestartet? _____________________________________________________________________ 2 Was ist eine Analyse? _____________________________________________________________________

3 Warum ist eine Analyse wichtig? _____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

4 Was wird mit einer statischen Analyse berechnet? _____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

5 Was ist Spannung? _____________________________________________________________________

6 SolidWorks SimulationXpress meldet, dass der Faktor der Sicherheitsverteilung an einigen Stellen den Wert 0,8 aufweist. Ist die Konstruktion sicher? _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________

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135 Lektion 12: SolidWorks SimulationXpress Übungen und Projekte – Analyse einer CD-Stapelbox Sie gehören zu dem Konstruktionsteam, das in einer der vorherigen Lektionen die Stapelbox für CD-Hüllen erstellt hat. In dieser Lektion verwenden Sie SimulationXpress zum Analysieren der Stapelbox. Zuerst bestimmen Sie die Durchbiegung der Stapelbox unter dem Gewicht von 25 CD-Hüllen. Dann modifizieren Sie die Wanddicke der Stapelbox, führen eine weitere Analyse durch und vergleichen die Durchbiegung mit dem ursprünglichen Wert. Aufgabe 1 – Berechnen des Gewichts der CD-Hüllen Die Maße einer CD-Hülle entnehmen Sie der Abbildung. Die Stapelboxkann bis zu 25 CD-Hüllen aufnehmen.

Die Dichte des für die CD-Hüllen verwendeten Materials beträgt 1,02 g/cm^3. Wie groß ist das Gewicht von 25 CD-Hüllen (in Pfund)?

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Aufgabe 2 – Bestimmen der Verschiebung in der Stapelbox Bestimmen Sie die maximale Verschiebung der Stapelbox unter dem Gewicht von 25 CD-Hüllen. 1 Öffnen Sie storagebox.sldprt im Dateiordner Lesson12. 2 Klicken Sie auf Extras, SimulationXpress zum Starten von SolidWorks SimulationXpress. Optionen Stellen Sie die Einheiten auf Englisch (IPS) ein, um die Kraft in Pfund einzugeben und die Durchbiegung in Zoll zu ermitteln. 1 Klicken Sie im Task-Fensterbereich SolidWorks SimulationXpress auf Optionen. 2 Wählen Sie unter Einheitensystem die Option Englisch (IPS) aus. 3 Klicken Sie auf OK. 4 Klicken Sie im Task-Fensterbereich auf Weiter. Material Wählen Sie ein robustes Nylonmaterial für die Stapelbox aus der Bibliothek der Standardmaterialien aus. 1 Klicken Sie im Task-Fensterbereich auf Material und anschließend auf Material ändern. 2 Wählen Sie im Ordner Kunststoff die Option Nylon 101 aus, klicken Sie auf Anwenden und anschließend auf Schließen. 3 Klicken Sie auf Weiter.

136 BuL Tools Handbuch für das Erlernen der SolidWorks Software Lektion 12: SolidWorks SimulationXpress Einspannungen/Lager Wenden Sie auf die Rückseite der Stapelbox ein Lager an, um das Hängen der Box an eine Wand zu simulieren. Flächen, auf die Lager angewendet werden, sind fixiert. Sie bewegen sich während der Analyse nicht. In der Praxis hängen Sie die Box wahrscheinlich mit einigen Schrauben auf, hier soll aber auf die ganze Rückseite ein Lager angewendet werden. Diese Fläche auswählen 1 Klicken Sie im Task-Fensterbereich auf Einspannungen und anschließend auf Einspannung hinzufügen. 2 Wählen Sie die Rückseite der Stapelbox aus, um diese Fläche einzuschränken, und klicken Sie im PropertyManager auf OK. 3 Klicken Sie im Task-Fensterbereich auf Weiter. Lasten Wenden Sie eine Last innerhalb der Stapelbox an, um das Gewicht der 25 CD-Hüllen zu simulieren. 1 Klicken Sie im Task-Fensterbereich auf Lasten und anschließend auf Kraft hinzufügen. 2 Wählen Sie die Innenseite der Stapelbox aus, um die Last auf diese Fläche aufzubringen. Diese Fläche auswählen 3 Geben Sie 10 als Wert der Kraft in Pfund ein. Stellen Sie sicher, dass die Richtung auf Normal eingestellt ist. Klicken Sie im PropertyManager auf OK. 4 Klicken Sie im Task-Fensterbereich auf Weiter. Analysieren Führen Sie die Analyse zum Berechnen der Verschiebungen, Dehnungen und Spannungen aus. 1 Klicken Sie im Task-Fensterbereich auf Ausführen und anschließend auf Simulation starten. 2 Klicken Sie nach der Analyse auf Ja, Fortsetzen, um die Darstellung für den Faktor der Sicherheitsverteilung anzuzeigen. Ergebnisse Ergebnisse anzeigen. Wie groß ist die maximale Verschiebung?

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Aufgabe 3 – Bestimmung der Verschiebung in einer modifizierten Stapelbox Die aktuelle Wanddicke beträgt 1 Zentimeter. Was passiert, wenn Sie die Wanddicke auf 1 Millimeter ändern?

Wie groß ist dann die maximale Verschiebung?

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137 Lektion 12: SolidWorks SimulationXpress Weiterführende Fragen – Analysebeispiele Der Abschnitt Konstruktionsanalyse: SolidWorks SimulationXpress: Analysebeispiele der SolidWorks Lehrbücher enthält vier weitere Beispiele. Dieser Abschnitt enthält jedoch keine detaillierten schrittweisen Anleitungen zum Ablauf der Analyse, sondern es sollen hier vielmehr Beispiele von Analysen gezeigt, eine Beschreibung der Analyse gegeben und die einzelnen Schritte für die Analyse umrissen werden. Aufgabe 1 – Analysieren der Ankerplatte Bestimmen Sie die maximale Kraft, die die Platte bei einem konstanten Faktor der Sicherheitsverteilung von 3,0 aushalten kann. Aufgabe 2 – Analysieren des Kreuzstücks Bestimmen Sie bei einem Faktor der Sicherheitsverteilung von 2,0 die maximale Kraft, die das Kreuzstück aushalten kann, wenn a) alle Außenbohrungen fixiert sind, b) zwei Außenbohrungen fixiert sind und c) nur eine Außenbohrung fixiert ist. Aufgabe 3 – Analysieren des Verbindungsstücks Bestimmen Sie die maximale Kraft, die Sie sicher auf jeden Arm des Verbindungsstücks anwenden können. Aufgabe 4 – Analysieren des Wasserhahns Berechnen Sie die frontalen und seitlichen horizontalen Kräfte, die zu einem Fließen des Wasserhahns führen. von Mises (psi) von Mises (psi) von Mises (psi)

138 BuL Tools Handbuch für das Erlernen der SolidWorks Software Lektion 12: SolidWorks SimulationXpress Weiterführende Fragen – Andere Handbücher und Projekte Für den Unterricht in Simulation und Analyse sind weitere Handbücher und Projekte verfügbar. Einführung in Analysehandbücher Zu diesen Handbüchern zählen: An Introduction to Stress Analysis Applications with SolidWorks Simulation (Eine Einführung in Spannungsanalyseanwendungen mit SolidWorks Simulation). Enthält eine Einführung in die Prinzipien der Spannungsanalyse. Die vollständig in SolidWorks integrierte Konstruktionsanalyse ist ein wesentlicher Schritt in der Konstruktion eines Produkts. SolidWorks Werkzeuge simulieren das Testen des Prototyps Ihres Modells in der zugehörigen Arbeitsumgebung. Die Konstruktionsanalyse kann die Frage beantworten, wie sicher, effizient und wirtschaftlich Ihre Konstruktion ist. An Introduction to Flow Analysis Applications with SolidWorks Flow Simulation (Eine Einführung in Anwendungen der Fließverhaltensanalyse mit SolidWorks Flow Simulation). Enthält eine Einführung in SolidWorks Flow Simulation. Dies ist ein Analysewerkzeug für die Vorhersage der Merkmale verschiedener Flüsse über und innerhalb von 3D-Objekten, die mit SolidWorks modelliert wurden. Dadurch werden verschiedene Hydraulik- und Gasdynamikprobleme gelöst. An Introduction to Motion Analysis Applications with SolidWorks Motion (Eine Einführung in Bewegungsanalysenanwendungen mit SolidWorks Motion). Enthält eine Einführung in SolidWorks Motion mit ausführlichen Beispielen zur Integration dynamischer und kinematischer Theorien durch virtuelle Simulation. Spannungsanalyse Fließverhaltensanalyse Bewegungsanalyse Katapultkonstruktionsprojekt Das Dokument Trebuchet Design Project (Katapultkonstruktionsprojekt) führt Kursteilnehmer Schritt für Schritt durch die Teile, Baugruppen und Zeichnungen, die für die Konstruktion eines Katapults verwendet werden. Mit SolidWorks SimulationXpress analysieren Kursteilnehmer Strukturbauteile, um Material und Dicke zu bestimmen. In Übungen mit einem mathematischen und physikalischen Hintergrund werden Algebra, Geometrie, Gewicht und Schwerkraft untersucht. Optional wird von Gears Education Systems, LLC ein Bausatz mit Modellen für praktische Übungen angeboten. BuL Tools Handbuch für das Erlernen der SolidWorks Software

139 Lektion 12: SolidWorks SimulationXpress Strukturelles Brückenkonstruktionsprojekt Das Dokument Structural Bridge Design Project (Strukturelles Brückenkonstruktionsprojekt) führt Kursteilnehmer schrittweise durch die Konstruktion einer Holzständerbrücke. Kursteilnehmer verwenden SolidWorks Simulation zum Analysieren verschiedener Lastbedingungen der Brücke. Optional wird von Pitsco, Inc. ein entsprechender Bausatz für das Klassenzimmer zur Verfügung gestellt. Konstruktionsprojekt eines Fahrzeugs mit CO2-Antrieb Das Dokument CO2 Car Design Project (Konstruktion eines Fahrzeugs mit CO2-Antrieb) führt Kursteilnehmer Schritt für Schritt durch die Konstruktion und Analyse eines mit CO2-angetriebenen Fahrzeugs, von der Konstruktion der Fahrzeugkarosserie in SolidWorks bis zur Analyse des Luftstroms in SolidWorks Flow Simulation. Kursteilnehmer müssen Änderungen an der Konstruktion der Fahrzeugkarosserie vornehmen, um den Luftwiderstand zu verringern. Sie untersuchen außerdem das Konstruktionsverfahren durch Produktionszeichnungen. Optional wird von Pitsco, Inc. ein entsprechender Bausatz für das Klassenzimmer zur Verfügung gestellt. SolidWorks Sustainability Von der Rohstoffentnahme und der Fertigung bis zur Produktverwendung und -entsorgung zeigt SolidWorks Sustainability Konstrukteuren, wie ihre Entscheidungen die Umweltverträglichkeit beliebiger Produkte, die sie konstruieren, insgesamt ändern können. SolidWorks Sustainability misst die Umweltverträglichkeit für den Lebenszyklus Ihres Produkts in Bezug auf vier Faktoren: Kohlendioxid- Fußabdruck, Luftversauerung, Überdüngung von Gewässern und Gesamtenergieverbrauch. Im Dokument SolidWorks Sustainability wird die Umweltverträglichkeit der Baugruppe einer Bremse behandelt. Kursteilnehmer analysieren die ganze Bremsen- Baugruppe und untersuchen ein Einzelteil, den Rotor, genauer.

140 BuL Tools Handbuch für das Erlernen der SolidWorks Software Lektion 12: SolidWorks SimulationXpress Zusammenfassung SolidWorks SimulationXpress ist vollständig in SolidWorks integriert. Eine Konstruktionsanalyse kann hilfreich sein, um bessere, sicherere und kostengünstigere Produkte zu konstruieren. Mit einer statischen Analyse werden Verschiebungen, Dehnungen, Spannungen und Reaktionskräfte berechnet. Materialien beginnen zu versagen, wenn die Spannung einen bestimmten Grenzwert erreicht. Die von-Mises-Spannung ist eine Zahl, die ein Gesamtbild über die Spannungen an einem bestimmten Ort vermittelt. SolidWorks SimulationXpress berechnet den Faktor der Sicherheitsverteilung an der entsprechenden Stelle, indem die Fließgrenze des Materials durch die von-Mises- Spannung an dieser Stelle dividiert wird. Ein Faktor der Sicherheitsverteilung unter 1,0 gibt an, dass das Material an dieser Stelle nachgegeben hat und die Konstruktion nicht sicher ist.