Das Programm AMendate ermöglicht den Modellaufbau einer Optimierung, das Starten dieser Optimierung auf lokaler Ebene sowie über eine Schnittstelle mit einem Server und die Visualisierung der Ergebnisse.

Starting the program:

Beim Starten des Programms erscheint zunächst das Menü der Projekte. Unter "Lokales Arbeitsverzeichnis" ist zu erkennen, an welchem Ort die Projekte gespeichert werden. Der Speicherort kann beliebig gewählt werden, es ist jedoch zu beachten, dass kein Leerzeichen in dem Pfad vorhanden sein darf. In dem Reiter "Projekte" kann ein bereits bestehendes Projekt umbenannt und geöffnet oder ein neues Projekt angelegt werden. Außerdem können im Reiter "Beispielprojekte" bereits vorbereitete Beispieloptimierungen geöffnet und als Vorlage oder Tutorial genutzt werden.

Auf das Menü gelangt man zu jederzeit über das Feld "Menü". Neben diesem ist der Name des derzeit aktiven Projekts dargestellt.

Settings:

Über den Einstellungsbutton, öffnet sich ein Menü in dem verschiedenen Visualisierungs- sowie allgemeine Einstellungen getätigt werden können. Alle Einstellungen werden gespeichert und beim erneuten Öffnen des Programms beibehalten.

Im Reiter Visualisierung sind viele Einstellungen bezüglich des Bildbereichs ausführbar. Es kann sowohl die grafische Darstellung der Objekte, als auch die Darstellung der Randbedingungen und Ergebnisdarstellung verändert werden.

Im Reiter "Allgemein" ist die Sprache, das verwendete Einheitensystem und die Festlegung eines von anfang an aktivierten Standardlastfalls einstellbar.

Visualization Area:

Im Visualisierungsbereich werden alle eingeladenen Objekte, sowie die Kräfte, Momente und Lager zusammen mit dem Koordinatensystem angezeigt. Im Ergebnisbereich werden hier die Berechnungsergebnisse angezeigt. Das Koordinatensystem kann in den Einstellungen verkleiner/vergrößert und deaktiviert werden. Hier ist ebenfalls die Anpassung des Hintergrundmusters, der Hintergrundfarbe, der Helligkeit, der Schattierung und die Stärke der Kantenglättung der Objekte möglich. Außerdem können die Farben der Objekte und Randbedingungen entsprechend der eigenen Vorstellungen angepasst werden. Es kann sowohl eine orthografische als auch eine perspektivische Ansicht gewählt werden. Dabei können weitergehend verschiedene Ansichten entsprechend der Koordinatenachsen gewählt werden.

Screenshots können von jeder Ansicht erstellt werden und werden automatisch in dem Projektordner gespeichert. Dabei wird nur der Visualisierungsbereich  mit dem Koordinatensystem berücksichtigt, wenn dieses aktiviert ist.

Die Funktion "Explosion" zieht die einzelnen Objekte auseinander, um eine bessere Ansicht der einzelnen Objekte zu gewährleisten. Dadurch können Randbedingungen besser erstellt werden.

Model generation and visualization of an optimization:

Das Programm ist maßgeblich in die drei Bereiche Konfiguration, Optimierung und Ergebnisse aufgeteilt. Im Reiter Konfiguration werden alle Einstellungen bezüglich der Lastfälle, Lasten, Materialien und Volumenkörper getätigt. Analog werden die Einstellungen der Optimierungsparameter im Reiter Optimierung eingegeben. Im letzten Reiter Ergebnisse können nach dem Starten der Berechnung der Fortschritt dieser verfolgt und die Ergebnisse eingesehen werden.

Im Visualisierungsbereich befindet sich unten Links ein Feld, in dem Meldungen an den Benutzer zurückgespielt werden. Diese Meldungen enthalten sowohl positive Nachrichten z.B. beim erfolgreichen Einladen einer neuen Datei als auch Fehlermeldungen, die den Nutzer auf einen Sachverhalt aufmerksam machen sollen.

Configuration: Generation of the calculation model

Der Bereich Konfiguration enthält übergeordnet den Bereich Lastfälle.

In diesem können Lastfälle hinzugefügt und/oder entfernt werden. Jedem Lastfall wird ein Name zugeordnet werden, z.B. Bremsen oder Beschleunigen. Der erste Lastfall ist automatisch aktiviert und es können entweder direkt zu beginn alle benötigten Lastfälle erstellen oder nach und nach.

Der Bereich Konfiguration unterteilt sich ebenfalls in drei Bereiche: Objekte/Fläche, Randbedingungen und Lastfälle.

Zunächst werden alle für die Optimierung benötigten STL-Dateien in das Programm eingeladen. Dies kann im Reiter Objekte/Flächen entweder über die "Plus" -Button oder per Drag-and-Drop erfolgen. Jedes Objekt kann ersetzt oder einzeln entfernt werden. Beim Entfernen der Datei, wird die Datei bei der Optimierung nicht berücksichtigt, sie wird allerdings nicht aus dem Projektordner gelöscht, sodass sie theoretisch noch zu Verfügung steht. Eine STL-Datei wird durch anklicken aktiviert und es kann der Name veränder und das Material ausgewählt werden. Über das Zahnrad neben dem Materialfeld sind die spzifischen Materialkennwerte einzugeben. Für genau ein Volumen muss die Zuordnung als Gestaltungsbereich definiert werden. Mehrere Designbereiche innerhalb eines Modells sind jedoch nicht möglich, wenngleich das Volumen beliebig komplex geformt sein darf.

Im Bereich Randbedingungen werden die für die Optimierung benötigten Randbedingungen erstellt. Über den "Plus" Button wird eine neue Randbedingung hinzugefügt. Zunächst wird ein Name eingegeben und der betroffene Space ausgewählt. Anschließend wird der Lastfall ausgewählt in dem sich die Randbedingung auswirkt. Die Auswahl von mehreren Lastfällen ist möglich. Die Randbedingung kann entweder eine Kraft, ein Lager oder ein Moment sein. Lagerungen, Kräfte und Momente werden immer in Komponentenschreibweise in den Hauptkoordinatenrichtungen angegeben. Wenngleich die Einheiten innerhalb eines Modells konsitent sein müssen, ist die Wahl des Einheitensystems dem Benutzer überlassen (siehe Einstellungen). Vorgesehen ist das metrische System mit den Einheiten Kilogramm, Millimeter und Newton (kg, mm, N). STL-Dateien werden häufig in mm abgespeichert und Kräfte in N angegeben. Dementsprechend ist die Einheit des passenden Moments Nmm.

Für die verschiedenen Randbedingungen ergeben sich verschiedenen Herangehensweisen für den Aufbau und die Ausgestaltung des Optimierungsmodells. Im Folgenden werden verschiedenen Möglichkeiten für die Erzeugung unterschiedlicher Randbedingungen vorgestellt und auf Besonderheiten der Software hingewiesen. Eine angebene Kraft bezieht sich immer auf das gesamte Objekt. Zur Unterstützung des Eingabeprozesses kann nach Aktivierung der Checkbox "Kraft" oder "Moment" direkt eine Fläche des Volumens angeklickt und somit eine Richtung definiert werden. Durch Ziehen des Mauszeigers kann im Anschluss direkt eine ungefähre Lastgröße definiert werden. Dies kann insbesondere für runde Flächen, Hohlzylinder von Anschraubpunkten oder Lagersitzen von Vorteil sein. Die exakten Werte der Raumrichtungen können im Anschluss über die Eingabefelder korrigiert und angepasst werden.

Loads

Für eine Flächenlast muss ein eigener Nondesignspace im CAD-System für die Wirkfläche erzeugt werden.

Soll nur eine einzelne Kraft auf einen bestimmten Punkt wirken, muss hierfür wiederum ein eigenes Volumen erzeugt werden. 

Fixtures

Derzeit können Verschiebungen in x-, y- und z-Richtung gesperrt werden. Für eine Optimierung muss mindestens jede Richtung einmal in einer Randbedingung aktiviert sein. Anders ist dies bei der Aktivierung der Symmetriebdingung siehe unten.

Die Aktivierung aller Verschiebungsrestriktionen entspricht einem Festlager.

Ein Loslager kann durch die Auswahl von nur einer oder zwei Verschiebungsrestriktion/en erzeugt werden.

Einspannung?

RBE2?

RBE3?

1D Element?

Moments

Momente werden ebenfalls auf Objekte gegeben und können in x-, y- und z-Richtung aktiviert werden.

Im Bereich Lastfälle sind alle Randbedingungen aufgelistet. Durch das anwählen eines Lastfalls werden alle Randbedingungen markiert, die in diesem Lastfall aktiv sind. Außerdem können Randbedingungen den Lastfäälen zugeordnet werden. Auch die Pfeile im Visualisierungsbereich passen sich der Auswahl des Lastfalls an. So kann das Otpimierungsmodell vor dem Starten auf Vollständigkeit und Auswahl der richtigen Randbedingungen in den jeweiligen Lastfällen überprüft und gegebenenfalls angepasst werden.

Das Projekt kann jederzeit unten Links gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt fortgesetzt werden.

Optimization (definition):

Im Reiter Optimierung können verschiedenen Einstellungen gemacht werden.

Es kann zwischen den drei Einstellungen "Filigran", "Normal" und "Massiv" unterschieden werden. Die Einstellungen beeinflussen die Formgebung indem sehr feine, normale und sehr massive Strukturen während der Optimierung ausgebildet werden. Ein Beispiel für die verschiedenen Einstellungen sind in dem untenstehenden Bild gegenübergestellt. Es ist zu beachten, dass ein Optimierungsergebnis mit der Einstellung "Filigran" nicht automatisch leichter ist als ein "Massives", denn durch viele feine Streben kann das Gewicht größer sein als durch eine massivere.

Bild filigree, normal massive

Weitergehend kann ausgewählt werden, ob lediglich eine Abschätzung, eine Optimierung oder eine Optimierung bis hin zum druckbaren Design stattfinden soll. Eine Abschätzung dauert in den meisten Fällen nur wenige Minuten und gibt einen Überblick über die Gewichts- und Spannungsentwicklung, die eine Optimierung unter den gegebenen Randbedingungen erreichen kann. Die Optimierung kann je nach Bedingungen bis zu einigen Stunden dauern und liefert einen ausführlichen/hoch aufgelösten Designvorschlag. Die Option Herstellen dauert zeitlich am Längsten, denn hierbei wird die Auflösung zum Ende der Otpimierung deutlich erhöht, um eine gut druckbare Oberfläche und Struktur des Bauteils zu erhalten.

Anschließend müssen  das Optimierungsziel definiert werden. Bei AMendate wird eine Zielspannung angegeben, die während der Optimierung als Leitwert dient. Hierfür kann ein Dauerfestigkeitswert des Materials verwendet werden und dieser mit einem zusätzlichen Sicherheitsfaktor versehen werden. Es werden keine Sicherheitsfaktoren per se beücksichtigt. Dies muss vom Ingenieur selber in der maximalen Spannung eingerechnet werden. Durch die Fokussierung auf die Spannung werden vor allem die Übergänge zwischen Streben und Flächen optimal und mit wenigen Spannungsüberhöhungen ausgeformt. Dadurch wird die Gefahr des Dauerbruchs reduziert und neben der optimalen Auslegung auf die Randbedingungen auch die Lebensdauer des Bauteils beücksichtigt. Dem bereits erwähnten Einheitensystem entsprechend ist die Einheit der Spannung MPa = Nmm^2.

Außerdem kann eine Achsensymmetrie für die Berechnung festgelegt werden. Dabei wird die Berechnung von symmetrischen Bauteilen um den Koordinatenursprung durchgeführt. Empfohlen wird ein Modellaufbau mit vollständiger Geometrie. Für die Berechnung wird jeweils der positive Bereich der Raumachsen verwendet, das Ergebnis dann in den negativen Bereich gespiegelt. Hierbei werden sowohl die Geometrie als auch die Randbedingungen gespigelt. Daher dürfen bei Belastungen über den Nullpunkt hinaus (Bsp.: Flächenlast einer symmetrischen Brücke) nur der Lastanteil für den positiven Koordinatenraum angegeben werden (halbierte Kraft, entsprechend der halben Fläche, Bsp: nur Kraft auf einer der Brückenseiten). Für eine korrekte Berechnung müssen ALLE Randbedingungen symmetrisch sein, dies gilt für Lagerungen, Kräfte und Momente. Insbesondere bei der Defintion von Momenten schleichen hier leicht Fehler ein.

Configuration file:

Zum Schluss können die angegebenen Informationen in der Konfigurationsdatei eingesehen werden. Hier sind ebenfalls weitere spezielle Einstellungen möglich, die vor allem für Simulationsexperten von Interesse sind.

Unter den User Setting können folgende Einstellungen getätigt werden:

Weitere Einstellungen können im Bereich FEM vorgenommen werden:

Folgende Ausgabedateien sind auswählbar:

Das Projekt kann zu jeder Zeit oben rechts oder unten links gespeichert werden. Die Optimierung wird im Auswahlbereich unten Rechts gestartet.

Results:

Die erste Iteration wird angezeigt, sobald ein Ergebnis vorliegt. Weitere Iterationen werden angezeigt, sobald diese berechnet sind. Über die Steuerung im Feld ERgebnisiterationen kann zwischen der verschiedenen Iterationen gewechselt werden und die Iterationen durchlaufend betrachtet werden. Der Fortschritt kann ebenfalls in dem AMendate Log verfolgt werden. Als Ergebnisdatei liegt eine STL-Datei vor, die direkt durch ein additives Verfahren gedruckt werden kann. 

Es können auch ältere Ergebnisdateien in den Projekt ausgewählt und angezeigt werden.

Model generation and visualization of an analysis:

Es können sowohl Optimierungsergebnisse als auch Originalbauteile analysiert werden. Durch die Durchführung beider Analysen lassen sich die Ergebniss vergleichen und es können Schlüsse über die Performance des Ergebnisses erstellt werden.

Für die Analyse eines Objekts wird der Modellaufbau genau wie für eine Optimierung durchgeführt. Das heißt alle benötigten Dateien werden eingeladen und die entsprechenden Randbedingungen und Lastfälle erstellt. Das zu analysierende Objekt muss im Bereich Objekte/Flächen als Gestaltungsbereich aktiviert werden.

Der Bereich Optimierung muss nicht ausgefüllt werden, allerdings muss in diesem Bereich die Konfigurationsdatei geöffnet und unter "User Settings" der Befehl "onlyFEM" hinzugefügt werden. Dadurch wird eine Analyse durchgeführt und der Prozess anschließend abgebrochen, sodass keine Optimierung durchggeführt wird. Zusätzlich kann die Auflösung unter FEM verändert werden, um genauere Ergebnisse zu erreichen. Die Auflösung einer Optimierung / Analyse wird immer entsprechend der stl mit dem größtem Volumen innerhalb des Arbeitsordners abgeschätzt. Wenn die stl-Datei des originalen Designspaces im Ordner verbleibt, richtet sich die Auflösung also nach diesem Volumen.

Das Ergebnis der Analyse zeigt die Spannungen und Verschiebungen in dem ausgewählten Objekt an.