Programmieren in CAE-Anwendungen

  • Typ: Praktikum (P)
  • Lehrstuhl: KIT-Fakultäten - KIT-Fakultät für Maschinenbau - Institut für Fahrzeugsystemtechnik - Bereich Leichtbautechnologie
    KIT-Fakultäten - KIT-Fakultät für Maschinenbau
  • Semester: WS 21/22
  • Dozent: Dr.-Ing. Luise Kärger
  • SWS: 2
  • LVNr.: 2113109
  • Hinweis: Präsenz/Online gemischt
Inhalt

Die Entwicklung von Bauteilen unterstützt durch numerische Simulationen, etwa mittels Finite-Elemente-Methode (FEM), ist aus der modernen Ingenieursarbeit nicht mehr wegzudenken. Sie erlauben eine virtuelle Bewertung verschiedener Bauteilvarianten und tragen so zu einer effizienten Entwicklung bei. Für den korrekten Einsatz von CAE-Methoden und zur Erzeugung verlässlicher Simulationsergebnisse sind Kenntnisse über methodische Hintergründe sowie eine zielorientierte Vorgehensweise bei Modellaufbau & Simulationsauswertung unerlässlich. Dabei lassen sich durch die Programmierung von Ablauf- und Auswerteskripten wiederkehrende Problemstellungen effizient & automatisiert lösen. Die Untersuchung moderner Materialsysteme wie beispielsweise endlosfaserverstärkter Kunststoffe stellt eine zusätzliche Herausforderung dar. Für diese komplexen Werkstoffe mangelt es häufig an kommerziell verfügbaren Methoden, weshalb die Implementierung eigener Materialmodelle durch geeignete Subroutinen zunehmend erforderlich ist.

In diesem Workshop lernen die Studierenden alltägliche Arbeitsinhalte von Berechnungsingenieuren/-innen kennen. Schrittweise werden die Grundlagen der Finite-Elemente-Methode an praxisnahen Beispielen in Abaqus sowie typische Abläufe bei der Modellerstellung und Auswertung erarbeitet. Darauf aufbauend werden grundlegende Kenntnisse der Skript-Programmierung in Python und der Implementierung von Materialmodellen in Fortran-Subroutinen vermittelt. Ziel der Veranstaltung ist die anwendungsnahe Veranschaulichung der Inhalte durch eine Kombination aus Vorlesungen, begleiteten Hörsaalübungen und dem Lösen von semesterbegleitenden Projektaufgaben in Kleingruppen.

Wesentliche Inhalte:

  • Grundlagen der FE-Struktursimulation mit anisotropen Materialien am Beispiel endlosfaserverstärkter Kunststoffe (Abaqus)
  • Automatisierter Modellaufbau und Auswertung mit Python
  • Effiziente Bewertung der Ergebnisgüte von FE-Simulationen
  • Ableitung von Maßnahmen zur Verbesserung der Strukturtragfähigkeit
  • Benutzerdefinierte Materialmodellierung (Fortran-Subroutinen)

Lernziele:

Die Studierenden können

  • die Grundlagen der Finite-Elemente-Methode verstehen und die FE-Software Abaqus zur Lösung praxisnaher Berechnungsaufgaben anwenden,
  • die FE-Modellerstellung sowie die Ergebnisauswertung automatisieren,
  • die Simulationsergebnisse bewerten, Fehler identifizieren und Schlussfolgerungen zur Verbesserung der Tragwirkung ableiten,
  • die Grundlagen zur Entwicklung von Material-Subroutinen verstehen und für einfache Beispiele umsetzen.
VortragsspracheDeutsch
Organisatorisches

Die Raumbelegung und der wöchentliche Veranstaltungstermin wird zu Beginn des Wintersemesters auf der Homepage des Instituts (https://www.fast.kit.edu/lbt/1205.php) bekannt gegeben.

Aufgrund des gewünschten Betreuungsverhältnisses und der Institutsausstattung ist die maximale Anzahl der teilnehmenden Studierenden begrenzt. Die vorläufigen Anmeldung erfolgt über das zugehören Formular auf der Instituts-Homepage (https://www.fast.kit.edu/lbt/1205.php), welches Anfang September dort zusammen mit weiteren Details veröffentlicht wird. Bei zu vielen Interessenten findet eine Auswahl unter allen Interessenten statt. 

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The room allocation and the weekly course date will be announced at the beginning of the winter semester on the Institute's homepage (https://www.fast.kit.edu/lbt/1205.php).

Due to the desired supervision ratio and the institute's equipment, the maximum number of participating students is limited. Preliminary registration takes place via the associated form on the Institute's homepage (https://www.fast.kit.edu/lbt/1205.php), which will be published there together with further details at the beginning of September. If there are too many interested students, a selection will take place among all interested students.