Rechnerunterstütztes Konstruieren

Ziele der Lehrveranstaltung

In dieser Lehrveranstaltung wird ein Überblick in die Möglichkeiten der Rechnerunterstützung im Rahmen der Produktentwicklung gegeben. Hierzu werden gängige Verfahren und Werkzeuge zur Modellierung, Struktursimulation und -optimierung vorgestellt. Neben Konzepten bei der Anwendung von CAx-Systemen werden den Studierenden auch Grundlagen und Hintergründe der unterschiedlichen Verfahren vorgestellt. Der Fokus liegt auf dem Bereich des parametrischen rechnerunterstützen Konstruierens (CAD) und der Finiten-Elemente Analyse (FEA).
Die Studierenden werden mit den Einsatzmöglichkeiten sowie Potenzialen rechnerunterstützter Systeme (CAx-Systeme) in der Produktentwicklung vertraut gemacht. Weiterhin werden sie in die Lage versetzt anhand von Anwendungsszenarien die Einsatzgebiete des CAD in den Produktlebensphasen zu erläutern und daraus Anforderungen an virtuelle Modelle abzuleitenden. Sie lernen den Aufbau von CAD-Modellen (Historie) zu analysieren und gute von schlechten Modellen zu unterscheiden. Darüber hinaus lernen sie unterschiedlichste Funktionsgruppen der 2D und 3D-Modellierung sowie parametrische, feature- und wissensbasierte Modellierungstechniken, die moderne CAD-Systeme den Anwendern zur Verfügung stellen, kennen. Anhand einer Einführung in die Methode der Finiten-Elemente werden die Studierenden in die Lage versetzt einfache Simulationen zu linear elastostatischen Problemen durchführen sowie wichtige Fehlerquellen während einer FE-Analyse identifizieren. Weiterhin werden in der Lehrveranstaltung Grundlagen und Anwendungsmöglichkeiten der Strukturoptimierung behandelt sowie einfache Optimierungsprobleme selbstständig formuliert und mit geeigneten Optimierungsmethoden gelöst.

Inhalte

Überblick und Einsatzmöglichkeiten CAx-Systeme
Methodische Grundlagen zum Konstruktionsprozess und die daraus resultierenden Anforderungen für die Unterstützung durch CAx-Systeme
Überblick zum Thema Informationsverarbeitung in der Produktentwicklung
Mathematische Grundlagen der CAD-Modellierung
Modellieren mit CAD-Systemen (2D- & 3D-Modellierung, Modellarten, parametrische, featurebasierte und wissensbasierte Modellierung)
Modellierung komplexer Geometrien für die Additive Fertigung mittels visueller Programmiersprachen
Grundlagen und Anwendungen zur Methode der Finiten Elemente (FEM)
Überblick zur Strukturoptimierung und Optimierungsmethoden

Aufbau

Das Modul „Rechnerunterstütztes Konstruieren“ besteht aus den Veranstaltungen:

Rechnerunterstütztes Konstruieren – Vorlesung
Rechnerunterstütztes Konstruieren – Übung

Zusätzlich können die folgenden Labore belegt werden:

"Rechnerunterstütztes Konstruieren" – 2 LP Labor
"Labor Rechnerunterstütztes Konstruieren für Additive Fertigung" - 6 LP Labor

Aktuelle Hinweise

Die nächste Vorlesung findet im Sommersemester 2023 statt.

Weitere Informationen zum Ablauf der Lehrveranstaltung sind auf der StudIP Veranstaltungsseite zu finden.

nächster Prüfungstermin: 18.03.2025, 10:30 Uhr

StudIP - Vorlesung

StudIP - Übung

StudIP - 2 LP Labor

StudIP - 6 LP Labor

Termine

Die Lehrveranstaltung findet im Sommersemester statt.

In der vorlesungsbegleitenden Übung werden die zuvor in der Vorlesung dargestellten Aspekte vertieft und durch umfassende Beispiele und live-Vorführungen am CAD-System verdeutlicht. Der Fokus der Übung liegt im Bereich des parametrischen Modellierens. Die weiteren Aspekte werden ebenfalls aufgegriffen und durch weitere Beispiele verdeutlicht.

Im Rahmen des zusätzlich belegbaren Labors erfolgt zunächst eine Einführung in das parametrische CAD-System „NX“ von Siemens PLM im Selbststudium mit Unterstützung von Hiwis. In dieser Einführung werden der grundlegende Umgang mit der Software und die Erstellung von CAD-Modellen mit Baugruppen erlernt. Aufbauend erfolgt eine Einführung in Altair HyperWorks (HyperMesh, OptiStruct und HyperView). Dabei werden grundlegende Funktionen hinsichtlich der FE-Modellierung sowie der Durchführung und Auswertung von Topologieoptimierungen behandelt. Im zweiten Teil des Labors wird eine Konstruktionsaufgabe in Gruppenarbeit bearbeitet. Im Rahmen der Bearbeitung werden die Inhalte der Vorlesung, Übung und des ersten Teils des Labors praktisch von den Studierenden angewandt. Den Abschluss des Labors bildet eine Präsentation der Ergebnisse in Form einer Präsentation oder einer „Messe“ mit Postern.

Am Ende des Labors sind die Studierenden in der Lage parametrische CAD-Modelle zu erzeugen. Sie können das Modellierungsobjekt in Baugruppen aufgliedern und entsprechende Schnittstellen definieren. Diese Baugruppen können von unterschiedlichen Personen ausgestaltet werden. Hierdurch sind die Studierenden in der Lage größere CAD-Modelle in Teamarbeit zu erzeugen. Weiterhin können die Studierenden einfache FE-Analysen sowie Topologieoptimierungen zur Lösungsfindung durchführen und auswerten.

Im "Labor Rechnerunterstütztes Konstruieren für Additive Fertigung" erlangen die Studierenden neben vertieftem anwendungsbezogenem Wissen im Bereich CAD auch theoretisches Wissen über die verfahrensspezifischen Restriktionen und konstruktiven Potentiale der "Additiven Fertigung". Sie erhalten einen Überblick über die verschiedenen etablierten additiven Fertigungsverfahren sowie der dazugehörigen Materialpalette und sammeln darüber hinaus praktische Erfahrung bezüglich der Prozesskette für die "Additive Fertigung" sowie im Umgang mit "Fused Deposition Modelling" (FDM). Sie erhalten Einblick in die Gestaltungsregeln, die dieses Verfahren mit sich bringt, und lernen AM-gerechte Bauteile selbstständig zu konstruieren und diese auch zu fertigen.
Im weiteren Verlauf des Labors erfolgt die Bearbeitung eines Konstruktionsprojektes in der Gruppe und eine anschließende Fertigung der Ergebnisse mittels FDM-Druck, bei dem das erlernte Wissen von den Studierenden eigenständig und innerhalb eines Teams praktisch angewandt wird. Abschließend werden die Ergebnisse durch einen Laborbericht wie auch eine Präsentation vorgestellt.