Welche FEM Programme nützt ihr?

Open Source ? Interessante Idee.
Ich wuerd erwarten, dann man das Mesh mit demselben Programm macht, mit 
dem man die Geometrie eingibt. Muss aber nicht sein. Dann muss man die 
Geometrie mit einem Standardformat rueberziehen koennen. Das Mesh zu 
bearbeiten macht Sinn sobald man Rechenzeit sparen kann. So ein System 
braucht natuerlich etwas an Einarbeitungszeit bis man vernuenftig 
vorwaerts kommt.

Hallo Daniel,

mein Lieblingsprogramm ist Ansys 11 Multiphysics. Mit dem kann man die 
einfachen Probleme erschlagen und erst mal ein grundlegendes Gefühl für 
die FEM-Berechnungen bekommen. Es deckt unter anderem die Bereiche: 
Machinenbau, Elektrotechnik, Strömungstechnik usw. ab. Allerdings ist 
das Programm nicht gerade billig, glaube ab 10.000,- aufwärts und 
Zusatzmodule kosten extra. Da kann man je nach Aufgabenstellung locker 
über 25.000,-EUR kommen, was aber bestimmt nicht Dein Ziel ist. Der 
Vorteil solcher "bewährten" Progamme sind die Schnittstellen. Du 
zeichnest z.B. in Pro_E die Geometrie und importierst die in dein 
FEM-Programm. Dort generierst Du das Netz(Meshing) und setzt die 
Randbedingungen(Kräfte, Lager, Temperaturen, Materialeigenschaften....). 
In dem Solver werden die Berchnungen durchgeführt und dann im 
Preprcessor graphisch dargestellt. Natürlich ist es möglich in jedem 
mir bekanntem Programm die Geometrie selbst erstellen und das ist bei 
einfachen Modellen auch von Vorteil. Du lernst wie das Programm die 
Geometriedaten verarbeitet und kannst später beim Zeichnen eventuellen 
Fehlerquellen entgegenwirken.

Nun zu Deinem Mesh-Problem:
Für eine realistische Berechnung spielt die Vernetzung der Oberfläche / 
Volumen eine wesentliche Rolle. Dieses Netz wird dann später mit den 
Elementen, welche die Materialeigenschaften enthalten, gefüllt. So lange 
es möglich ist, setzt man im 2D die "4-Ecks-Elemente" ein und im 3D die 
Quader. Warum? Ganz einfach, schau mal nach was für einen Wert der 
cos/sin bei 90°(Eckenwinkel) annimmt. 0 oder 1, das sind glatte Zahlen 
ohne Rundungsfehler. In meiner letzten Berechnung(Cargolifter-Tür für 
AirBus-380 mit Patran) waren es ca. 21_Mio Elemente. Alle Elemente sind 
untereinander abhängig, die Rundungsfehler(=Genauigkeit der Berechnung) 
spielen dort kräftig mit und verfälschen extrem das Ergebnis.
Daran kranken die meisten automatischen Mesh-Programme. Nicht immer ist 
die Geometrie schön rechteckig. Gerade bei Kurvenformen schalten dann 
diese Programme auf 3-Ecks-Elemente um, damit die "Hohlräume" aufgefüllt 
werden. Hier sind Eck-Winkel <15° keine Seltenheit. Die mathematischen 
Konsequenzen dürften nun wohl bekannt sein. Bei dem AirBus habe ich z.B. 
erst alles automatisch mit Quadern füllen lassen und dann die Hohlräume 
mit der Hand nachgearbeitet. Die Vorgehensweise ist so ähnlich wie bei 
Autorouting in Eagle. Man schaut was der Computer vorschlägt und 
modifiziert dies nach seinen Vorstellungen.
Ich habe schon genügend Berechnungen gesehen wo die Geometrie einfach 
mit Auto-Meshing gefüllt wurde. Die Berechnungen kann man dann getrost 
im Mülleimer entsorgen, denn zu ca. 80% sind diese absolut nicht mit der 
Realität vereinbar. Wird nun ein Projekt in viele Teilprojekte zerlegt, 
ein Team berechnet nur die Türen, eines die Fenster, eines den Rumpf, 
eines den ... und alle produzieren Fehler, werden bei dem Assemblen des 
Projektes alle Fehler summiert. Manchmal wundere ich mich warum es 
trotzdem funktioniert, zum Glück gibt es ja Praxistests. Dort bekommen 
manche Rechen-Ings ganz schön große Augen und können nicht schnell genug 
in Deckung gehen. Ja wie immer im Leben: Man muss schon wissen was man 
tut und sich nicht blind auf den Rechner verlassen. Der ist nämlich dumm 
und kann nur das Berechnen was ihm der Programmierer eingibt.
Lange Rede kurzer Sinn -> um das Meshing-Problem zu verstehen erst von 
Hand meshen und später mit Auto-Mesh arbeiten.

Im Open-Source Bereich kenne ich mich nicht aus und vermute das die 
Vorgehensweise von den Standardprogrammen in der Industrie abweicht.
Wenn Du an einer techn. Einrichtung studierst, ist dort immer ein 
FEM-Programm für die Studenten zugänglich. In der Regel Ansys mit vollem 
Funktionsumfang aber limitiert auf 500 Elemente / Knoten.
Ansys selber bietet auch Studentenlizensen an, jedoch mit den gleichen 
Beschränkungen. Dies soll die Verbreitung von Ansys fördern, denn im 
FEM-Bereich tobt ein Kampf, der dem Sieger gute Gewinne verspricht. Man 
arbeitet sich nicht schnell mal in irgend ein FEM-Programm ein, sondern 
erst im Laufe der Jahre lernt der Berechner alle Möglichkeiten / Kniffe 
eines solch komplexen Programmes kennen.
So Patenkinder sind auf -> mache Schluss!

Gruss
  Stevko
(der zum Glück kein Berufs-FEM'ler ist)

http://www.caelinux.com/CMS/

Speziell zur visuelen Auswertung von Simulationen und messdaten gibt es 
gute open source Programme. Opendx, Paraview usw.

Im prinzip machst du das mit Opensource lösungen so: zuerst mesch mit 
einem Program, dann mit einem anderen Paket die Simulstion, und dann die 
Auswertung.

wenn man alles in einem Paket haben will wird es z.b. mit ansys recht 
teuer

Hallo aaa, Stevko und mec,

Danke für die Tipps!

@Stevko
Danke für die sehr ausführliche Darstellung, quasi aus erster Hand.
Die Zerlegungstricks (Vermeidung bestimmter Winkel) sind mir neue
gewesen. Auf die numerisch erzeugte Ungenauigkeit bin ich auch vorher
aufmerksam geworden. Damals ging es aber um die Stepweite einer
Grösse bei der Simulation. Sinngemäss gibt es dabei einen Trade off
zwischen kleinst möglichen Schrittweite und den dabei zunehmenden
nummerischen Rundungsfehlern. Was mich interessieren würde, ob
diese Tools (kommerzielle und supateuere ;) eine max. Fehlerabschätzung
mitintegrieren?

@mec

OpenFoam sieht gut aus, ich werd mir auf jeden Fall die Doku anschauen.

BTW: Kennt jemand von euch Modelica? Ich habe in Dymola einfache 
Schaltsysteme modelliert, aber die Modelle haben dort nur Zeit als
Variable. Die Erweiterung um partielle DGL ist aber geplant.

grüsse

Ich hab mal mit CST Microwave Studio gearbeitet. Ein integriertes Packet 
fuer Geometrie, Feldberechnungen und Visualisierung. Die 
Geometrieeingabe ist stark verbesserungswuerdig, die Visualisierung 
auch. Dafuer ist die Berechnung weltspitze. Kostet einen 45er.
Ich hab mal mit einem Fluiddynamik packet gearbeitet. Dabei wurde die 
Geometrie mit Katia erstellt. Katia ist super, kostet aber auch ein 40er 
oder so. Dann kam ein unabhaengiges Mesher Tool, und dann wurde alles an 
das Solver Tool uebergeben. Alles unabhaengige Packete.
Alle Packete, inkl. Microwave Studio, hatten gemeinsam, dass es viele 
Parameter einzustellen gab, die man alle Lernen musste. Da ist nichts 
mit mal eben eine Simulation durchzulassen. Unter drei Monaten 
Einarbeitungszeit ist nichts. Und unter einem, zwei Monaten pro Jahr 
damit zu arbeiten ist auch nichts.

Interessant sind auch:
gmsh http://geuz.org/gmsh/
getdp http://geuz.org/getdp/

aber man muss wissen was man tut - leider benötigt der getdp solver 
'handarbeit'

Grüße

Z88

Das hier funktioniert sehr gut:

http://z88.uni-bayreuth.de/

Man muss bloß etwas Aufwand betreiben, um die Eingabedateien zu erzeugen 
und die Ausgaben auszuwerten.

FlexPDE von pdesolutions ist auch sehr gut und hat gegenüber von Ansys 
den Vorteil, dass man in der Wahl des Lösungsweges flexibler ist. Auch 
preiswerter ist es, kostet doch die Vollversion (3-D) lediglich knapp 
2000 US$ und die ist dann auch zeitlich unbegrenzt im Gegensatz zu 
Ansys, dass ja immer "nur" jährlich gilt. Auch die Knotenanzahl ist bei 
FlexPDE unbegrenzt bzw. was der Speicher hergibt

www.pdesolution.com