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Volumenvernetzung
mit VGSTUDIO MAX
Ob Sie Einzel- oder Multimaterialkomponenten oder auch Materialproben scannen: Generieren Sie direkt aus den CT-Daten exakte und hochwertige Tetraedernetze. Die Funktionen für die Volumenvernetzung von VGSTUDIO MAX decken den vollständigen Workflow vom CT-Scan zum Volumennetz in einer Software ab.
Funktionen für die Volumenvernetzung
Generieren von Tetraedernetzen
Volumennetze sind für mechanische, strömungstechnische, elektrische und weitere Simulationen weit verbreitet.
Die Funktionen für die Volumenvernetzung in VGSTUDIO MAX
- sind ein einfach zu bedienendes Werkzeug zur Erstellung genauer und qualitativ hochwertiger Tetraeder-Volumennetze direkt aus dem CT-Scan zur weiteren Verwendung in Drittanbieter-FEM-Simulationssoftware;
- basieren auf der subvoxelgenauen, lokal adaptiven Oberflächenbestimmung in VGSTUDIO MAX*;
- verwenden Algorithmen, die direkt auf den Volumendaten des CT-Scans arbeiten, sodass kein Oberflächennetz als Zwischenstufe erstellt werden muss und somit die maximale geometrische Genauigkeit erhalten bleibt;
- arbeiten auf Scans von Einzel- und Multimaterialkomponenten oder -Materialproben.
*Erfordert das Modul Koordinatenmesstechnik
Bionisch optimierter Halter aus dem Flugzeugbau
Multimaterial-Stecker
Faserverstärkte Werkstoffe
Optimierung der Netzparameter
Sie können die Netzqualität in Bezug auf spezifische Qualitätsanforderungen an die Elemente steuern und verbessern, indem Sie Zielparameter für die Netzoptimierung festlegen.
Wählen Sie eines der folgenden Kriterien aus:
- max./min. Elementgröße
- Kantenverhältnis
- Verhältnis Kante/Höhe
- Collapse
- Stretch
- Formfaktor
- kleinster Flächen-Eckwinkel
- größter Flächen-Eckwinkel
- min. Kantenlänge
Mit den Histogrammen für jedes Qualitätskriterium und der Möglichkeit, die Kriterien im Netz zu visualisieren, können Sie die Netzqualität eindeutig und effizient überprüfen und beurteilen.
Lokale Netzverfeinerung
Um eine bessere Genauigkeit der Simulationsergebnisse zu erzielen, können die Netze in festgelegten Bereichen lokal verfeinert und dabei gleichzeitig die Anzahl erzeugter Elemente begrenzt werden. Dabei sorgen die bekannten ROI-Werkzeuge in VGSTUDIO MAX für einen effizienten Workflow.
Neue wandstärkenbasierte Verfeinerung
Die Vernetzung von dünnen Bereichen eines Volumens ist jetzt genauer denn je. Durch die Festlegung der Anzahl der Tetraederelemente können Sie die Genauigkeit des Netzes erheblich verbessern.
FE-Objektmengen
Zur Vorbereitung für die Anwendung verschiedener Randbedingungen, z. B. Belastungen, Befestigungen oder Kontaktbereiche, in Drittanbieter-FE-Software ermöglichen es Ihnen die Funktionen für die Volumenvernetzung in VGSTUDIO MAX, Tetraederelementmengen, Knoten oder Facetten anhand von ROIs (engl. „region of interest“) zu definieren und zu exportieren. Das generierte Netz berücksichtigt dabei den Umriss der ROIs. Durch das Festlegen von FE-Objektmengen auf den CT-Daten in VGSTUDIO MAX wird ein möglicher Verlust von geometrischen Informationen vermieden und ein hoher Grad geometrischer Genauigkeit nach dem Export in Drittanbieter-FEM-Simulationssoftware sichergestellt.
Identifizieren, visualisieren und entfernen Sie unverbundene Elementmengen.
Konnektivität des FE-Netzes
Die Funktionen für die Volumenvernetzung von VGSTUDIO MAX ermöglichen es Ihnen, unverbundene Elementmengen effizient zu identifizieren, darzustellen und zu entfernen, um ein „sauberes“ FE-Netz ohne Partikel zu generieren.
Scharfe Kanten bei der Erstellung von Tetraedernetzen
Erstellen Sie Tetraedernetze für Bauteile mit scharfen Kanten mit einer deutlich geringeren Anzahl an Tetraederelementen, um eine bessere Darstellung der Komponentengeometrie zu erhalten. Durch Aktivieren dieser Option identifiziert der Algorithmus scharfe Kanten im Bauteil und erzeugt ein Netz, das diese Kanten durch Ausrichtung der FE-Knoten auf diesen Kanten wiedergibt.
Zuordnung von Daten aus Materialanalysen auf Netzzellen
Sie können ganz einfach die durch eine Porositäts- oder Faserverbundwerkstoffanalyse ermittelten Mikrostrukturinformationen für die FEM-Simulation verwenden. Komponenten des Faserorientierungstensors zweiter Ordnung und Faservolumenanteile sowie Porositäts- und Grauwerte können auf das Tetraedernetz gemappt und exportiert werden.
Unterscheidung zwischen Makroporosität und Mikroporosität
Workflow zum Berücksichtigen von Makro- und Mikroporosität in FEM-Simulationen
Die Funktionen für die Volumenvernetzung von VGSTUDIO MAX ermöglichen Ihnen die Unterscheidung zwischen Makroporosität und Mikroporosität. Makroporosität kann im Volumennetz geometrisch dargestellt werden, indem die Ränder der Makroporen als interne Oberflächen behandelt werden, die beim Vernetzen berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann Mikroporosität als Volumenanteil der Mikroporen pro Netzzelle auf das Volumennetz gemappt und im .csv-Format exportiert werden, welches wiederum für die weitere Bearbeitung in einem FE-Solver direkt in beispielsweise Digimat eingelesen werden kann.
Exportieren des Volumennetzes
Das Tetraedernetz kann für FE-Simulationen unter Verwendung von linearen TET4- oder quadratischen TET10-Elementen in den Formaten Abaqus (.inp), Patran (.pat) und Nastran (.bdf) exportiert werden.
Beste Volumenvernetzung von CT-Daten unter den untersuchten Methoden laut Studie
Safran, ein internationaler Hochtechnologiekonzern, der in den Märkten Luftfahrt (Antrieb, Anlagen und Innenausstattung), Verteidigung und Raumfahrt tätig ist, hat Volumenvernetzungslösungen verschiedener Anbieter einem Vergleich unterzogen und dabei festgestellt, dass das Modul Volumenvernetzung für VGSTUDIO MAX 3.4.4 die besten Ergebnisse unter den untersuchten Methoden bietet. Das Unternehmen hat sich im Rahmen einer Doktorarbeit explizit mit der Volumenvernetzung von Computertomographie-(CT)-Daten beschäftigt.
Vorteile
Genau
- Basiert auf der subvoxelgenauen Oberflächenbestimmung.
- Keine Berechnung eines vorläufigen Oberflächennetzes, die zu einem Verlust von geometrischen Informationen führen könnte.
Effizient
- Keine manuelle Vorbearbeitung der Eingabedaten, wie die Reparatur von Oberflächennetzen.
- Hohe Netzqualität – fast oder gar keine zusätzliche Netzbearbeitung nötig.
- Vollständiger Workflow vom CT-Scan bis zum Volumennetz in einer Software.
Aufschlussreich
- Jede Zelle des erzeugten Volumennetzes kann mit für die Simulation erforderlichen Zusatzinformationen versehen werden, wie zum Beispiel
- Faserorientierungen
- Faservolumenanteilen
- Porositätsvolumenanteilen
- Grauwerten