FEM Operations Toolbox

Die FEM Operations Toolbox ist eine Erweiterung der Geometric Operations Toolbox mit Funktionen zur Auswertung und Analyse von Ergebnissen aus numerischen Simulationen, welche mit der Finite-Element-Methode (FEM) erstellt wurden.

Neben der dynamischen, transienten Geometrie und den FE-Ergebnissen ist es möglich durch die grundlegende, flexible Datenstruktur diese mit weiteren Daten anzureichern. Dadurch können Simulationsdaten z.B. mit realen Versuchsdaten gemeinsam verarbeitet werden, wodurch diverse, komplexe Anwendungen entwickelt und tiefgreifende Analysen durchgeführt werden können.

U.a. ermöglicht die FEM Operations Toolbox ein KI-basiertes Post-Processing und automatisierte Tiefen-Analysen für FEM-Simulationen.

Die FEM Operations Toolbox ist die technische Grundlage für viele Lösungen von commodo.

  • Einsatzgebiet
  • Funktionen
  • Architektur

Die FEM Operations Toolbox dient zur algorithmischen Verarbeitung von Finite-Element-Simulationen und ermöglicht dafür die Anwendung von Methoden der Künstlichen Intelligenz, des Machine Learning und der Mustererkennung für einfache bis hoch komplexe Aufgaben, wie etwa

  • automatisierte, vernetzungsunabhängige Auswertung von FEM-Simulationen im Post-Processing,
  • Normierung (bzgl. dem FE-Netz) und Extraktion von Features und charakteristischen Werten aus den Simulationsergebnissen, um diese für KI-Methoden zugänglich zu machen,
  • dynamische topologische und geometrische Untersuchungen,
  • Anomalie- und Fehlererkennung zum Qualitätsmanagement im Simulationsdatenmanagement (SDM),
  • Schadens-, Versagens- und Verletzungsbewertungen,
  • Problem- und Ergebnis-spezifische Visualisierungen und automatisiertes, Ergebnis-abhängiges Reporting der Simulationsergebnisse.
  • Selektion von Modell-Teilen und Finite-Element-Entitäten (Knoten, Elemente, Partitionen, Gruppen, Materialien, ...)
    • Modell-spezifische Selektionen
      • nach Entität-Attributen (z.B: ID, Elementtyp, Materialtyp, Bauteilname, ...)
    • Resultat-spezifische Selektionen
      • nach einem gewissen Wert oder Wertebereich einer FE-Größe
    • Topologische Selektionen
      • Nachbar-Entitäten
      • geometrisch nahe gelegene Entitäten
      • Randkontur
      • Koordinaten
      • geometrische Regionen
      • Projektionen
  • Strukturerkennungsmethoden
    • Randerkennung
    • Tracking der Bewegung und Orientierung einer Selektion
    • Erkennung zusammenhängender Gebiete (zB.: Bauteilerkennung)
    • Berechnung von Hüllen von Selektionen
      • Box (orientiert oder mit festgelegten Achsen)
      • Zylinder (orientiert oder mit festgelegten Achsen)
      • Sphere
      • konvexe Hülle
    • Manipulieren von Hüllen
      • Verschieben, Rotieren, Skalieren, Offset
    • Berechnung der Starrkörperbewegungen (Translation und Rotation) aus den Verschiebungen
    • Erkennung von äußersten Knoten innerhalb einer Richtung
    • Berechnung von Normalen und Zentren
  • Berechnung von Features für das Machine-Learning
    • Konvertieren von FE-Größen auf andere Entitäten durch statistische Methoden (z.B: FE-Resultate mit Knotenbasis auf Elementbasis, Kummulation von Element- oder Knoten-Werten)
    • diverse Statistiken
      • über Entitäten einer Selektionen
      • über alle Entitäten einer Größe
      • über die Nachbarschaft einer Entität
      • über die Zeit
    • Distanz-Berechnungen
  • Berechnung von FE-Größen auf Basis von Modellattributen und anderen FE-Größen
    • Berechnung von Längen, Flächen, Volumina, Massen von Entitäten und Hüllen
    • Magnitude, Differenzen und numerische Ableitungen
    • Arithmetische Operationen von FE-Größen
  • Darstellung und Plotten der Modelle
    • volles Modell oder selektierte Teilmenge
    • Fringe-Plots von skalaren FE-Größen
    • deformiert und undeformiert
    • undurchsichtig oder (teil)-transparent
    • zu beliebigen Zeitpunkten durch Interpolation der Verschiebungfigur und FE-Größen
    • Highlightening von Selektionen
    • Cursor zum Identifizieren von Knoten-IDs
  • Basis-Formate
    • .A4DB (und damit alle Formate die mittels Animator4 in a4db konvertiert werden können)
    • .STL
  • Hilfs-Formate (zur Integration weiterer Solver-spezifischer (Meta-)Daten)
    • LS-Dyna Input .K (teilweise)
    • kundenspezifische Formate (auf Anfrage)
  • Integration von weiteren (Meta-)Daten
    • zu jeder Entität können beliebige Daten mitgespeichert / mitorganisiert werden
    • Anlegen von Custom-Gruppen/Partionen (Einbringen von Custom-Labeling)
    • Zugriffsfunktionen auf beliebige Daten
  • Abbildung von komplexen FE-Submodellen (Berücksichtigung von Kunden-spezifischen Modellierungskonventionen)
    • Ties mit Master/Slave
    • Schweißpunkte
    • Kombinierte Element- und Knoten-Gruppen
    • Hierachische Gruppen
  • Expectator-Funktionalitäten
    • Anwendung von komplexen, kriterien-basierten Auswertungen
    • Anwendung von generellen, multivariaten Statistiken und Mustererkennungsverfahren auf die Simulationsergebnisse (z.B.: Statistiken über Bauteilversagen)
    • Erstellen automatisierter, ergebnisabhängiger, adaptiver Reports
    • Ergebnisintegration in a4db
  • Reporting
    • Darstellung der Modelle und Ergebnisse in (interaktiven) MATLAB-Figures
    • Erstellung von angepassten HTML-Report
    • Export der Ergebnisse zur Darstellung in Animator durch
      • Skripte, Session-Files
      • Anreicherung der A4DB-Files
  • Hilfsfunktionen
    • Editieren von FE-Entitäten (löschen, hinzufügen)
    • Manipulieren der FE-Geometrie (verschieben, verdrehen, skalieren)
    • Transformation in ein anderes Koordinatensystem
    • Konvertierung in eine Triangulation als Brücke zu Matlabs Triangulationsalgorithmen
    • Diverse Konvertierungen in einen Graphen als Brücke zu Matlabs Graphenalgorithmen
    • Vielzahl von referenzierten Zugriffsfunktionen
    • Anlegen von Custom-Entitäten
    • Identifizierung von sich sich schneidenden Geometrien

Die FEM Operations Toolbox ist eine Erweiterung der

und kann nicht ohne diese beiden betrieben werden. Dementsprechend benötigt die FEM Operations Toolbox auch MATLAB zum Betrieb.

Die Toolbox ist in zwei Interfaces gegliedert. Mittels Engineering-Interface kann ein Toolbox-Nutzer mittel-komplexe Verarbeitungen über SignalProcessing im Stipulator erstellen. Über das Developer Interface können ANDATA-Experten für Sie Lösungen für hoch-komplexe Aufgaben entwicklen und diese in Form von Scripten, SignalProcessings und Extensions in Form von Custom-Toolboxen zur Verfügung stellen.

Durch die Integration der Funktionalitäten der FEM Operations Toolbox in den Stipulator ist eine Szenario-basierte Entwicklungen auf Basis von FEM-Simulationen möglich.

Für die Qualitätsabsicherung von FEM-Simulationen, z.B. im Simulation Data Management kann die FEM Operations Toolbox mit dem Expectator kombiniert werden.

Vorteilhaft ist auch die optionale Erweiterung um die

von Mathworks.

MATLAB ist eingetragene Marke von The Mathworks, Inc.