XCARAT
| XCARAT
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| Basisdaten
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| Maintainer | Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 639: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) |
| Entwickler | FEMopt Studios GmbH |
| Erscheinungsjahr | 2011 |
| Aktuelle Version | 3.3.5 (20. November 2023) |
| Betriebssystem | Windows (64-Bit), Linux (64-Bit) und andere Unix-Varianten (64-Bit) |
| Programmiersprache | Schnittstelle in Python |
| Kategorie | Computer-aided Engineering |
| Lizenz | Floating Lizenz oder lokale Lizenz |
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XCARAT[1][2] ist eine kommerzielle Berechnungs- und Optimierungssoftware von der Firma FEMopt Studios GmbH, die auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) basiert. Mit dieser Software kann das statische und dynamische Strukturverhalten von Bauteilen berechnet werden. Auf Basis dieser Ergebnisse ist es möglich, für jeden Schritt innerhalb eines Bauteilentwicklungsprozesses optimale Bauteilentwürfe mithilfe der implementierten Strukturoptimierungsverfahren wie Formoptimierung, Sickenoptimierung, Topologieoptimierung und Querschnittsoptimierung zu entwickeln. Im Allgemeinen werden dadurch nicht nur die Entwicklungszyklen der Bauteile verkürzt, sondern auch deren Effizienz verbessert, da das Ziel jeder Strukturoptimierung die Verbesserung von Bauteileigenschaften bezüglich eines Anforderungsprofils darstellt[3][4].
Aufgrund der Programmarchitektur lassen sich die in XCARAT enthaltenen Verfahren in verschiedene Arbeitsabläufe für Simulation, den Aufbau der Analysemodelle sowie der Visualisierung der Ergebnisse integrieren.
Industriell wird XCARAT unter anderem im Bereich Automobilbau[5] eingesetzt. Dank der Python-Schnittstelle (PyCarat) kommt XCARAT auch in Forschungsprojekten an Universitäten zum Einsatz[6][7], für die ein spezielles Lizenzmodell[8] zur Verfügung steht.
Historie[Bearbeiten]
XCARAT wurde auf Basis der Forschungssoftware Carat++[9], eingesetzt am Lehrstuhl für Statik der Technischen Universität München, komplett neu entwickelt. Nach der Gründung der FEMopt Studios GmbH[10] im Jahr 2011 wurde die Funktionalität von XCARAT kontinuierlich erweitert. Einer der ersten Nutzer aus der Industrie war die Firma Adam Opel AG im Jahr 2012[11].
Arbeiten mit XCARAT[Bearbeiten]
XCARAT steht als eigenständige Workbench zur Verfügung oder als Plug-in für die Ansys Workbench[1]. In beiden Varianten können folgende Optimierungsarten eingesetzt werden:
- Formoptimierung (shape optimization)
- Sickenoptimierung (topography optimization)
- Topologieoptimierung (topology optimization)
- Querschnittsoptimierung (sizing optimization)
XCARAT Workbench[Bearbeiten]
Die XCARAT Workbench bietet eine grafische Benutzeroberfläche zur Erstellung und Lösung von Optimierungsproblemen sowie einen vollständig integrierten Optimierungssolver. Durch die Unterstützung von gängigen Datenformaten wie MSC Nastran, MSC Patran und Ansys für den Im- und Export von FE- und Geometriedaten lässt sich die XCARAT Workbench in verschiedene Arbeitsabläufe (Workflows) auf Basis unterschiedlicher Pre- und Postprozessoren verwenden.
XCARAT Plug-in für Ansys Workbench[Bearbeiten]
Das XCARAT Plug-in für Ansys Workbench ermöglicht die nahtlose Integration eines Optimierungsmodells in die Benutzeroberfläche und den Workflow von Ansys Workbench. Somit kann der XCARAT Optimierungssolver in das Projektschema eingefügt werden, um ein Optimierungsproblem in Ansys Mechanical zu formulieren und ein Lösungsprozess zu starten. Durch die direkte Integration von XCARAT in Ansys Workbench ist auch die Optimierung bereits bestehender Simulationsmodelle möglich.
Anwendungsgebiete[Bearbeiten]
XCARAT kann für die folgenden Problemstellungen der Festkörpermechanik herangezogen werden und dabei sowohl lineare als auch nichtlineare Berechnungsmodelle lösen:
- Geometrisch lineare und geometrisch nichtlineare Statik und Dynamik
- Modalanalyse (Eigenfrequenzberechnung)
- Harmonische Analyse
- Lineare und nichtlineare Beulanalyse
- Berechnung der Schallabstrahlung von Oberflächen
Charakteristischste Merkmale[Bearbeiten]
XCARAT verfügt über charakteristische Merkmale, wodurch sich die Software sowohl für industrielle Anwendungen als auch für Forschungszwecke eignet:
- Parameterfreie Formoptimierung[2][11]: FE-Knoten eines diskretisierten Modells werden in Abhängigkeit der Zielfunktion und Nebenbedingungen sowohl tangential als auch orthogonal im Raum verschoben
- Effektive Netzregularisierung[12]: stellt durch Filterung der Gradienten und der Minimal Surface Regularization Methode sicher, dass während einer Formoptimierung die Qualität des FE-Netzes stets erhalten bleibt
- Python-Schnittstelle[6]: ermöglicht Nutzern sowohl extern auf XCARAT zuzugreifen als auch die Implementierung von neuen Materialgesetzen, Zielfunktionen bzw. Nebenbedingungen in XCARAT
- Ansys Mechanical Plug-in[1]: nahtlose Integration von XCARAT in die Ansys Workbench
- Integrierbarkeit in Workflows[13]: Prozessarchitektur ermöglicht eine Einbindung in bestehende Workflows
Versionen[Bearbeiten]
Alle Änderungen und Neuerungen von XCARAT ab Version 3.0.0 sind in der folgenden Tabelle aufgeführt[14].
| Release Datum | Version | Auswahl an Änderungen / Neuerungen |
|---|---|---|
| 16. April 2018 | 3.0.0 | Umfangreiche Neuentwicklung der XCARAT Workbench Verbesserte Netzregalarisierung für Solid-Modelle Membran-Drill-Kopplung als Feature im Shell 9 |
| 23. April 2018 | 3.0.1 | Nastran Input für MPC Coupling |
| 2. Mai 2018 | 3.0.2 | Unterstützung von Ansys 19 |
| 13. Juli 2018 | 3.1.0 | Neue Max Membersize Funktion in der Topologieoptimierung Verbesserung der Ergebnisvisualisierung in Ansys 19 |
| 12. September 2018 | 3.1.1 | Überarbeitung der Importroutine von CDB-Files |
| 17. September 2018 | 3.1.2 | Erweiterung der Restart-Funktion von Optimierungen |
| 9. November 2018 | 3.1.3 | Erweiterung Ansys Plug-in mit einer Spannungszielfunktion |
| 11. Januar 2019 | 3.2.0 | Umfangreiche Neuentwicklung des Ansys Plug-ins STL Export Assistent unterstützt Shell Thickness Flag |
| 15. Februar 2019 | 3.2.1 | Erweiterung des Nastran Import-Assistenten |
| 18. März 2019 | 3.2.2 | Verbesserung von den Linking Rules der Designvariablen |
| 16. April 2019 | 3.2.3 | Anpassung Plug-in an Ansys 2019 R1 |
| 29. April 2019 | 3.2.4 | Ausbau der Steuerung des XCARAT Lösers über die Konsole |
| 2. Juni 2019 | 3.2.5 | Erweiterung des XCARAT Batchsolvers |
| 29. August 2019 | 3.2.6 | Neue Designvariable „Mapped Director to Cylinder“ |
| 18. Oktober 2019 | 3.2.7 | Verbesserung des Patran Import-Assistenten |
| 11. Dezember 2019 | 3.3.0 | Realisierung Multi-Discipline Optimierung Anpassung Plug-in an Ansys 2019 R2 XCARAT Plug-in für Open Source Animationtool Blender Integration Python-Schnittstelle über alle Programmebenen |
| 23. März 2020 | 3.3.1 | Verbesserung der Mesh Bound Funktion |
| 20. Juli 2020 | 3.3.2 | Verbesserung des Headless Lösers |
| 3. September 2020 | 3.3.3 | Anpassung Plug-in an Ansys 2020 R1 Erweiterung der Körperschallanalyse auf alle Solid-Elemente |
| 1. Februar 2022 | 3.3.4 | Anpassung Plug-in an Ansys 2020 R2 |
| 20. November 2023 | 3.3.5 | Anpassung Plug-in an Ansys 2023 R1 Berücksichtigung Materialdämpfung bei Frequenzganganalysen Erweiterung der Analyse von Schallemissionen Plane Symmetrie für die Designvariable Ply thickness möglich Mehrfachfilterung der berechneten Gradienten möglich Signifikante Steigerung der Performance bei aktiven EAS Implementierung neue Linking-Funktion “Single Patch Variable Bound” (SPVB) |
Systemvoraussetzung[Bearbeiten]
XCARAT kann sowohl auf 64-Bit-Windows-Systemen als auch auf 64-Bit Linux-Systemen wie Debian und CentOS installiert werden. Die Installation von Java 8 (64-Bit) ist Voraussetzung für die Lauffähigkeit der Software.
Weblinks[Bearbeiten]
Commons: XCARAT – Sammlung von Bildern, Videos und AudiodateienEinzelnachweise[Bearbeiten]
- ↑ 1,0 1,1 1,2 XCARAT. In: femopt. FEMopt Studios GmbH, April 2022, abgerufen am 6. Dezember 2023 (deutsch, english).
- ↑ 2,0 2,1 Lothar Harzheim: Strukturoptimierung, Grundlagen und Anwendungen. 3. überarbeitete und erweiterte Auflage. Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, Haan-Gruiten 2019, ISBN 978-3-8085-5882-9, S. 223 ff., 473.
- ↑ Axel Schumacher: Optimierung mechanischer Strukturen, Grundlagen und industrielle Anwendungen. 3. Auflage. Springer-Vieweg Verlag, 2020, ISBN 978-3-662-60327-7, S. 1 ff.
- ↑ Bernd Klein, Thomas Gänsicke: Leichtbau-Konstruktion. 11. Auflage. Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, 2019, ISBN 978-3-658-26845-9, S. 318 ff.
- ↑ Matthias Firl, Michael Fischer, Kai-Uwe Bletzinger, Lothar Harzheim: Innovative Shape Optimisation in Vehicle Design. In: ATZ worldwide. Nr. 114, März 2012, S. 20–23.
- ↑ 6,0 6,1 Martin Noack, Arnold Kühhorn, Markus Kober, Matthias Firl: A new stress-based topology optimization approach for finding flexible structures. In: Structural and Multidisciplinary Optimization. 64. Volume. Springer-Verlag, 22. Juli 2021, S. 1997–2007, doi:10.1007/s00158-021-02960-w.
- ↑ Saartje Arnout, Matthias Firl, Kai-Uwe Bletzinger: Parameter free shape and thickness optimisation considering stress response. In: Structural and Multidisciplinary Optimization. 45. Volume. Springer-Verlag, 9. Dezember 2011, S. 801–814, doi:10.1007/s00158-011-0742-8.
- ↑ Lizenzmodelle. In: femopt. FEMopt Studios GmbH, April 2022, abgerufen am 6. Dezember 2023 (deutsch, english).
- ↑ Carat ++. In: tmu. Technische Universität München, abgerufen am 7. Dezember 2023 (deutsch, english).
- ↑ FEMopt Studios GmbH, Schechen. In: Northdata. North Data GmbH, abgerufen am 6. Dezember 2023.
- ↑ 11,0 11,1 Matthias Firl, Michael Fischer, Kai-Uwe Bletzinger, Lothar Harzheim: Innovative Formoptimierung in der Fahrzeugentwicklung. In: ATZ - Automobiltechnische Zeitschrift. Nr. 114(3). Springer Nature, März 2012, S. 224–229, doi:10.1365/s35148-012-0292-4.
- ↑ Matthias Firl, Roland Wüchner, Kai-Uwe Bletzinger: Regularization of shape optimization problems using FE-based parametrization. In: Structural and Multidisciplinary Optimization. Nr. 47. Springer-Verlag, September 2012, S. 507–521, doi:10.1007/s00158-012-0843-z.
- ↑ Key-Features. In: femopt. FEMopt Stuidos GmbH, April 2022, abgerufen am 7. Dezember 2023 (deutsch, english).
- ↑ Changelog. In: femopt. FEMopt Studios GmbH, April 2022, abgerufen am 7. Dezember 2023 (deutsch, english).
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