Bearbeitung von VDAFS-Daten

Übersicht

VDA-Flächenschnittstelle (VDAFS)

VDAFS ist eine vom Verband der Automobilindustrie (VDA) entwickelte Schnittstelle für den Austausch von CAD-Geometriedaten zwischen verschiedenen CAD- und anderen Programmsystemen, wobei der Übergabe von Freiformflächen (z.B. Karosserieoberflächen) und begrenzten Flächen eine besondere Bedeutung zukommt.

Die folgende Abbildung zeigt das aus 8 begrenzten Flächen bestehende CDA-Modell eines Bechergesenkes (vgl. Demofile „vdafs.vda“)

Bezüglich einer detaillierten Beschreibung der VDA-Flächenschnittstelle wird auf die DIN 66301 verwiesen.

Mit MAKROS-A können die folgenden VDAFS - Elementtypen von einem ASCII-File gelesen und weiter verarbeitet werden:

POINT: (x, y, z) – Koordinaten von Einzelpunkten

PSET: Folge von Einzelpunkten

CIRCLE: Kreisbogen

CURVE: Raumkurve

CONS: Kurve auf einer Fläche

SURF: Raumfläche

FACE: Begrenzte Raumfläche

Speziell für die Bearbeitung begrenzter Flächen ( Typ FACE ) stellt MAKROS-A Hilfsmittel zur Verfügung, die es ermöglichen grafisch interaktiv Makroelemente auf den Flächen zu definieren und diese mit einem FE-Netz zu vernetzen (vgl. Demodatei „vdafs.dem“).

Verarbeitung von VDAFS - Elementen mit MAKROS-A

Punkte und Raumkurven

Elemente vom Typ POINT und PSET werden als einfache Knotenelemente gespeichert. Sie ermöglichen die Übergabe der Koordinatenwerte von einzelnen Festpunkten des CAD-Modells. VDAFS-Elemente vom Typ CIRCLE und CURVE werden durch Makroelemente von Typ 22 (Kreisbogen) approximiert.

Begrenzten Flächen (FACE) und Raumflächen (SURF)

Begrenzte Flächen werden im VDAFS-Format durch eine Raumfläche und eine oder mehrere geschlossene Kurven (CONS) auf der Fläche definiert. Die Fläche und die Begrenzungskurven bestehen in der Regel aus mehreren Segmenten. Bei der grafischen Darstellung werden in MAKROS-A innere Begrenzungslinien von Flächensegmenten als gestrichelte Linien gezeichnet.

Die folgende Abbildung zeigt ein FACE-Element mit automatisch erzeugten Knotenpunkten in den Eckpunkten der SURF-Segmente und an den Endpunkten der CONS-Segmente.

Die grafisch interaktive Generierung von Makroelementen auf einer einzelnen („aktiven“) begrenzten Fläche geschieht in folgenden Arbeitsschritten:

a) Erzeugung von Knotenpunkten auf der SURF-Fläche. Hierfür stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung (vgl. Registerkarte „Knoten“).

b) Definition von Makroelementen (vgl. Registerkarte „Elementdefinition“). Hierbei ist auf Verträglichkeit benachbarter Makroelemente zu achten. Auf den Rändern der begrenzten Flächen müssen die auf verschiedenen SURF-Flächen definierten Knotenpunkte der benachbarten Makroelemente etwa gleiche Koordinaten haben, damit diese Knoten bei der Erzeugung der gesamten Makrostruktur zu einem Knoten verschmolzen werden können und benachbarte Makroelemente dann gemeinsame Kanten besitzen. Nur so kann die Verträglichkeit der Unterteilung der Makroelemente vom Programm automatisch überprüft werden. Um Nachbarknoten zu identifizieren werden beim Plot der Makroelemente Eckknoten mit einem „E“ und Kantenzwischenknoten mit einem „Z“ markiert. Die folgende Abbildung zeigt die Makroelemente von zwei benachbarten SURF-Flächen mit Markierung der Knotenpunkte.

c) Unterteilung der Makroelemente (vgl. Registerkarte „Makro-/FE-Sruktur“). Nachdem die Geometrie aller begrenzten Flächen mit Makroelementen approximiert ist, wird aus den Makroelementen aller SURF-Flächen eine Makrostruktur erzeugt Hierbei werden die Knoten auf den gemeinsamen Rändern benachbarter SURF-Flächen zu einem Knoten verschmolzen, sofern sie innerhalb einer berechneten Toleranz identische Koordinaten besitzen.

d) Erzeugung des FE-Netzes aus der Makrostruktur durch Unterteilung der Makroelemente (vgl. Registerkarte „Makro-/FE-Struktur“).

e) Glättung des FE-Netzes (vgl. Registerkarte „Makro-/FE-Struktur“). Die Berechnung der FE-Knotenpunkte bei der Unterteilung der Makroelemente erfolgt durch C^o-Coons-Interpolation zwischen den gegenüberliegenden Kanten der Makroelemente. Abhängig von der Größe und Krümmung der Makroelemente werden die berechneten FE-Knoten mehr oder weniger stark von der Oberfläche der SURF-Fläche abweichen. Diese Abweichung kann durch nachträgliche Glättung des FE-Netzes beseitigt werden. Hierbei wird folgender Algorithmus angewendet: Für jedes Makroelement wird eine optimale Ebene bestimmt, auf welche die Knoten der zugehörigen finiten Elemente durch senkrechte Projektion abgebildet werden. Anschließend werden Knoten auf der SURF-Fläche bestimmt, welche in der Projektion auf die Ebene gleiche Koordinaten besitzen. Diese Knoten der SURF-Fläche ersetzen dann die durch C^o-Coons-Interpolation berechneten FE-Knoten. Damit eine optimale Ebene bestimmt werden kann, sollten keine sehr schmalen Makroelemente verwendet werden. Ferner dürfen sich keine Bereiche des Makroelementes in der Projektion überdecken.

Die folgende Abbildung zeigt die Makrostruktur und die hieraus generierte FE-Struktur für das obige Bechergesenk (vgl. Demobeispiel „vdafs.dem“):

Beschreibung der Kommandos

Die Kommandos zur Bearbeitung von VDAFS-Daten sind in einem Dialogfenster mit folgenden Registrierkarten zusammengefasst:

Datei	VDAFS-Eingabefile lesen, Binärdatei sichern bzw. laden
Plot	VDAFS-Elemente grafisch darstellen
Knoten	Knotenpunkte auf SURF-Flächen definieren
Elementdefinition	Makroelemente auf SURF-Flächen definieren
Makro-/FE-Struktur	Makro- und FE-Struktur erzeugen, FE-NETZ glätten
Auswahl / Löschen	VDAFS-Elementauswahl definieren, VDAFS-Elemente löschen

Das Dialogfenster wird mit dem Kommando „VDAFS-Daten“ in der Manüauswahl „Definition“ aktiviert und mit der Schaltfläche „Beenden“ geschlossen.

Solange das Dialogfenster aktiv ist können keine anderen MAKROS-A Kommandos zur Bearbeitung der Makro- oder FE-Struktur aufgerufen werden.

Hinweis: Wird eine VDAFS-Eingabedatei gelesen, oder eine binäre VDAFS-Datei geladen, so werden zuvor alle im Arbeitsspeicher befindlichen Daten (Makrostruktur, FE-Struktur, VDAFS-Daten etc.) nach einer Anfrage gelöscht, vorhandene Daten müssen ggf. zuvor gesichert werden. Sollen mehrere VDAFS-Dateien zu einer Gesamtstruktur zusammengeführt werden, so geht dieses nur in der Weise, dass für jede VDAFS-Datei eine Makro- und FE-Struktur erzeugt und in eigenen Dateien gesichert wird. Mit dem Kommando „Laden“ können dann mehrere Dateien zu einer Gesamtstruktur zusammengefügt werden.