Unterschied Solid/Volume
Burkhard Kranz
als Berechnungsingenieur, der bisher vor allem mit Ansys zu tun hatte,
und auch die Geometriemodellierung bisher mit dem Präprozessor von
Ansys meist selbst ausgeführt hat, komme ich momentan immer öfter mit
CAD-Daten als Grundlage eines Bauteilmodells in Berührung. Ich habe
dabei ein grundlegendes Verständnisproblem was die Modell-Struktur von
CAD anbetrifft. Nach meinen bisherigen Erkenntnissen wird bei CAD
ein Unterschied zwischen Volumen und Solid getroffen.
Kann mir mal jemand diesen Unterschied plausibel erklären?
Vielen Dank.
Gruß
Burkhard
Johannes Pietsch
Burkhard Kranz schrieb:
>
> als Berechnungsingenieur, der bisher vor allem mit Ansys zu tun hatte,
> und auch die Geometriemodellierung bisher mit dem Präprozessor von
> Ansys meist selbst ausgeführt hat, komme ich momentan immer öfter mit
> CAD-Daten als Grundlage eines Bauteilmodells in Berührung. Ich habe
> dabei ein grundlegendes Verständnisproblem was die Modell-Struktur von
> CAD anbetrifft. Nach meinen bisherigen Erkenntnissen wird bei CAD
> ein Unterschied zwischen Volumen und Solid getroffen.
Das ist von CAD-Programm zu CAD-Programm unterschiedlich. Im
Pro/ENGINEER zum Beispiel, einem parametrischen volumenbasierten
CAD-Programm, wird diese Unterscheidung nicht getroffen. Hier existieren
nur Volumenkörper, Flächen und Bezüge.
Vielleicht meinst Du aber den Unterschied zwischen der Verwendung des
Begriffs Solid im CAD und im FEM: Der ist natürlich gewaltig. Er liegt
darin, daß CAD-Programme und FEM-Programme eine weitgehend
unterschiedliche Sprache sprechen. CAD-Programme beschreiben ihre
Geometrien als Punkte, Flächen, Linien und Volumen, FEM-Programme -
zumindestens die Solver - ausschließlich in Form von Knoten und
Elementen. Da jedoch die Kopplung zwischen der CAD-Welt und der FEM-Welt
immer enger werden, werden die Grenzen zwischen den CAD-Programmen und
den Preprozessoren auch immer fließender. Fast alle Preprozessoren sind
inzwischen kleine CAD-Programme, die ihre Geometrien genauso wie
landläufige CAD-Tools auch mit Punkten, Linien, Flächen und Volumen
beschreiben. Und war früher der Austausch zwischen CAD und FEM nur über
Schnittstellen, in der Regel IGES, möglich, so haben viele
Preprozessoren inzwischen direkte bidirektionale Schnittstellen zu
bekannten CAD-Programmen. Angefangen hat diese Entwicklung mit I-DEAS
Master Series, einem Programm, das versuchte, ein vollwertiges CAD mit
einem vollwertigen FEM-Tool zu verbinden.
Soweit mir bekannt, geht auch ANSYS diesen Weg und hat/wird (?) seinen
Preprozessor mit dem Parasolic-Kernel von Unigraphics ausstatten.
Diese ganzen CAD-Fähigkeiten der FEM-Programme gelten aber wohlgemerkt
nur in den Preprozessoren, wo es um die Erstellung und Modifizierung der
Modelle geht und Geometrie eine große Rolle spielt. Marschiert das
Modell vom Preprozessor in den Solver, ist es damit vorbei: Hier zählen
nur die harten FEM-Basics Knotenkoordinaten, Inzidenztabelle und
Elementbeschreibung. Und _hier_ ist ein Solid eben kein Volumen aka eine
Geometriebeschreibung, sondern ein _Elementtyp_, also ein Element,
welches zur Diskretisierung von dreidimensionalen Körpern herangezogen
wird, z.B. eben SOLID45 bei ANSYS.
Gruß,
Johannes
P.S.: Euer Frauenhofer-Institut habe ich im März besucht und mir Euren
Einsatz von PAM-Stamp angeguckt.
--
"ja großartig: eine Frau auf dem Elektroschocker-Lehrstuhl -
Elektroschock selbstverständlich auch mit Zwang und Gewalt, also
folterartig!" Gruppe N aka Rene Talbot in dsmp
<3AC2640E...@gmx.net>
Burkhard Kranz
>
> Burkhard Kranz schrieb:
> >
> > als Berechnungsingenieur, der bisher vor allem mit Ansys zu tun hatte,
> > und auch die Geometriemodellierung bisher mit dem Präprozessor von
> > Ansys meist selbst ausgeführt hat, komme ich momentan immer öfter mit
> > CAD-Daten als Grundlage eines Bauteilmodells in Berührung. Ich habe
> > dabei ein grundlegendes Verständnisproblem was die Modell-Struktur von
> > CAD anbetrifft. Nach meinen bisherigen Erkenntnissen wird bei CAD
> > ein Unterschied zwischen Volumen und Solid getroffen.
>
> Das ist von CAD-Programm zu CAD-Programm unterschiedlich. Im
> Pro/ENGINEER zum Beispiel, einem parametrischen volumenbasierten
> CAD-Programm, wird diese Unterscheidung nicht getroffen. Hier existieren
> nur Volumenkörper, Flächen und Bezüge.
>
> Vielleicht meinst Du aber den Unterschied zwischen der Verwendung des
> Begriffs Solid im CAD und im FEM: Der ist natürlich gewaltig.
Die FEM-Seite ist mir durchaus klar. In Ansys wird da z. B. zwischen
Geometriemodell (keypoints, lines, areas and volumes) und einem
FE-Modell
(nodes and elements) unterschieden.
Vielleicht noch etwas mehr Information zum aktuellen Anlass meiner
Frage:
Ich bin gerade dabei den Prä- und Postprozessor FEMAP zu testen. FEMAP
scheint ziemlich stark CAD-orientiert zu arbeiten und baut auf Parasolid
bzw. ACIS auf. Bei der Geometriemodellierung wird in FEMAP ein
Unterschied
zwischen Volumen und Solid gemacht. Ein Merkmal dieses Unterschiedes
scheint zu sein, dass ich mit Solids Durchdringungen generieren kann,
nicht aber mit Volumen.
Auch spricht mein Konstruktionskollege beim Import von CAD-Modellen
manchmal
davon, dass das nur ein Volumen ist und mir für die Vernetzung nichts
nützt.
Leider kann er mir den Unterschied zum Solid aber auch nicht so
erklären,
dass ich ihn verstehe.
Gruß
Burkhard
Tom Berger
> bzw. ACIS auf. Bei der Geometriemodellierung wird in FEMAP ein
> Unterschied
> zwischen Volumen und Solid gemacht. Ein Merkmal dieses Unterschiedes
> scheint zu sein, dass ich mit Solids Durchdringungen generieren kann,
> nicht aber mit Volumen.
Damit steht FEMAP wohl ziemlich alleine da. Volumenkörper (de) oder
Solids (en) bezeichnen in zwei verschiedenen Sprachen das selbe Ding.
Vielleicht unterschiedet FEMAP zwischen einem Volumen, das von einer
oder mehreren Flächen begrenzt wird, und diesen einhüllenden Flächen. So
kenne ich das aus verschiedenen Anwendungen, wo so ein Flächenmodell
erst durch eine "join" Funktion zu einem Volumenmodell gemacht wird. Der
Unterschied beträfe dann nur Konventionen wie z.B. die Richtung der
Flächennormale, die bei "echten" Volumenkörpern immer nach Aussen
zeigen. Solange diese Normalen nicht alle nach Aussen zeigen, könnten
Bool'sche Operationen für das Volumen tatsächlich nicht durchgeführt
werden.
Tom Berger
--
ArchTools: Software-Werkzeuge für die Architektur
ArchDIM - architekturgerechte Bemaßung für AutoCAD (TM)
ArchAREA - Flächenermittlung und Raumbuch nach DIN 277
Info und Demo unter http://www.archtools.de
Burkhard Kranz
>
> Burkhard Kranz schrieb:
>
> > bzw. ACIS auf. Bei der Geometriemodellierung wird in FEMAP ein
> > Unterschied
> > zwischen Volumen und Solid gemacht. Ein Merkmal dieses Unterschiedes
> > scheint zu sein, dass ich mit Solids Durchdringungen generieren kann,
> > nicht aber mit Volumen.
>
> Damit steht FEMAP wohl ziemlich alleine da. Volumenkörper (de) oder
> Solids (en) bezeichnen in zwei verschiedenen Sprachen das selbe Ding.
> Vielleicht unterschiedet FEMAP zwischen einem Volumen, das von einer
> oder mehreren Flächen begrenzt wird, und diesen einhüllenden Flächen. So
> kenne ich das aus verschiedenen Anwendungen, wo so ein Flächenmodell
> erst durch eine "join" Funktion zu einem Volumenmodell gemacht wird. Der
> Unterschied beträfe dann nur Konventionen wie z.B. die Richtung der
> Flächennormale, die bei "echten" Volumenkörpern immer nach Aussen
> zeigen. Solange diese Normalen nicht alle nach Aussen zeigen, könnten
> Bool'sche Operationen für das Volumen tatsächlich nicht durchgeführt
> werden.
>
Sie bestätigen im wesentlichen mein bisheriges Verständnis der Sache.
Ich hatte schon befürchtet, dass es neben der Beschreibung von Körpern
über ihre Oberfläche bei CAD-Systemen noch andere Methoden der
Körperbeschreibung gibt, vielleicht in der Richtung, dass für jedes
Voxel abgespeichert wird, ob Material vorhanden ist oder nicht. Was ich
mir aber nicht so richtig vorstellen kann, weil ich es nicht für
sinnvoll
erachte. Dieses Vorgehen wäre ja dann abhängig von der Größe des
Arbeitsraumes und der Auflösung.
Übrigens gibt es auch im Englischen das Wort 'volume' zur Bezeichnung
eines Volumens. 'solid' würde ich im strengen Sinne mit 'Festkörper'
übersetzen.
Und da wir gerade dabei sind: Gibt es (bei CAD) einen Unterschied
zwischen 'surface' und 'face'? Ich glaube, das Programm CADfix zur
Konvertierung verschiedener CAD-Formate macht diesen Unterschied. Leider
habe ich zur Zeit keinen Zugriff darauf. Soweit ich mich erinnere,
beschreibt der eine Begriff ersteinmal die mathematische Fläche ohne
Begrenzung im Raum und erst der andere begrenzt diese Fläche mit Kanten,
so dass diese begrenzte Fläche zur Beschreibung von Körpern genutzt
werden kann. Liege ich da richtig? Und welcher Begriff ist welcher
Funktion zuzuordnen? Wie ist dabei 'area' einzuordnen?
Gruß
Burkhard
Tom Berger
> Sie bestätigen im wesentlichen mein bisheriges Verständnis der Sache.
> Ich hatte schon befürchtet, dass es neben der Beschreibung von Körpern
> über ihre Oberfläche bei CAD-Systemen noch andere Methoden der
> Körperbeschreibung gibt, vielleicht in der Richtung, dass für jedes
> Voxel abgespeichert wird, ob Material vorhanden ist oder nicht. Was ich
> mir aber nicht so richtig vorstellen kann, weil ich es nicht für
> sinnvoll
> erachte. Dieses Vorgehen wäre ja dann abhängig von der Größe des
> Arbeitsraumes und der Auflösung.
Das gibt's aber auch - Name des Programms ist mir entfallen, war irgend
was mit Sculpt... Damit kann man modellieren wie ein Bildhauer. Außer
der Beschreibung von Volumenkörpern über die begrenzenden Flächen (BRep
= Boundary Representation) gibt's aber auch noch die CSG (Constructive
Solid Geometry) Modellierer, die ausgehend von einem Satz von primitiven
Grundkörpern die Beschreibung über einen Binärbaum von Bool'schen
Operationen machen. Und dann gibt's natürlich BRep und CSG gemischt ...
> Und da wir gerade dabei sind: Gibt es (bei CAD) einen Unterschied
> zwischen 'surface' und 'face'?
Wird häufig unterschieden: "surface" ist eine beliebige Fläche im Raum,
also auch eine NURBS-Freiformfläche, mit "face" ist häufig eine planare
Fläche mit geraden Kanten im Raum gemeint, wie sie z.B. durch
Tesselation von gekrümmten Flächen entsteht.
> Funktion zuzuordnen? Wie ist dabei 'area' einzuordnen?
Area ist immer der Flächeninhalt, eine andere Interpretation ist mir
noch nicht untergekommen.
Burkhard Kranz
>
> Wird häufig unterschieden: "surface" ist eine beliebige Fläche im Raum,
> also auch eine NURBS-Freiformfläche, mit "face" ist häufig eine planare
> Fläche mit geraden Kanten im Raum gemeint, wie sie z.B. durch
> Tesselation von gekrümmten Flächen entsteht.
>
planar (für mich soviel wie 'eben', 'glatt', 'ohne Krümmung') sowie
Begrenzung durch gerade Kanten mit gekrümmten Flächen? Oder entsteht
durch Tesselation eine stückweise ebene Fläche?
Ich sehe schon, der ganze Wortschatz zu CAD ist mir doch noch zu fremd.
Aber so langsam bekomme ich eine bessere Vorstellung. Habt ihr eventuell
einen Literaturtipp zum allgemeinen Einstieg in CAD, wobei es mir
weniger
um Handhabung als vielmehr um die dahinterliegenden Konzepte gibt, also
Modellierkonzepte, Datenformate, eventuell Konzepte von Standards
(IGES, Step) u. ä.
Gruß
Burkhard
Tom Berger
> Die Erklärung zu 'face' verstehe ich nicht ganz. Wie verträgt sich
> planar (für mich soviel wie 'eben', 'glatt', 'ohne Krümmung') sowie
> Begrenzung durch gerade Kanten mit gekrümmten Flächen? Oder entsteht
> durch Tesselation eine stückweise ebene Fläche?
Ja, aber nicht zwingend. Eine Kugel kann z.B. durch einen "Fußball",
also einen an die Kugelform angenäherten Vielflächner, dargestellt
werden, oder durch ineinander greifende Nurbs-Kurven wie z.B. beim
Tennisball. Triangulation ist ein anderes Verfahren, das nur planare
Flächen mit geraden Kanten verwendet, uswusf...
> Ich sehe schon, der ganze Wortschatz zu CAD ist mir doch noch zu fremd.
> Aber so langsam bekomme ich eine bessere Vorstellung. Habt ihr eventuell
> einen Literaturtipp zum allgemeinen Einstieg in CAD, wobei es mir
> weniger
> um Handhabung als vielmehr um die dahinterliegenden Konzepte gibt, also
> Modellierkonzepte, Datenformate, eventuell Konzepte von Standards
> (IGES, Step) u. ä.
Sicher gibt's dazu einige Literatur (sieh' einfach mal beim Buchhändler
Deines Vertrauens nach), aber der beste Lehrmeister ist die Praxis.
Gerhard Reithofer
On Wed, 12 Dec 2001, Burkhard Kranz wrote:
> Tom Berger wrote:
> >
> > Wird häufig unterschieden: "surface" ist eine beliebige Fläche im Raum,
> > also auch eine NURBS-Freiformfläche, mit "face" ist häufig eine planare
> > Fläche mit geraden Kanten im Raum gemeint, wie sie z.B. durch
> > Tesselation von gekrümmten Flächen entsteht.
> >
> Die Erklärung zu 'face' verstehe ich nicht ganz. Wie verträgt sich
> planar (für mich soviel wie 'eben', 'glatt', 'ohne Krümmung') sowie
> Begrenzung durch gerade Kanten mit gekrümmten Flächen? Oder entsteht
> durch Tesselation eine stückweise ebene Fläche?
>
> Ich sehe schon, der ganze Wortschatz zu CAD ist mir doch noch zu fremd.
Dabei handelt es sich nicht um einen generellen CAD-Wortschatz, sondern
jeder Hersteller "erfindet" irgenwelche Ausdruecke f. bestimmte Features
seiner Software.
Konkret CATIA (V4):
* Ein Surface ist die mathematische Beschreibung einer Flaeche, die in 2
Richtungen parametrisiert ist und ist somit grundsaetzlich 4-eckig. Es ist
ein eigenes "Entity".
* Ein Face ist eine auf einen Nutzbereich eingeschraenkte Surface und kann
somit jede Randform aufweisen und ist ebenfalls ein eigenes Entity. Die
zugrunde liegende "Flaeche" kann auch eine "unendliche" Ebene darstellen.
Aber jeder Punkt innerhalb des Faces wird jedoch von der Mathematik der
der Traegerflaeche (Surface, Plane) bestimmt!
* Ein Volume ist ein geschlossener! Satz von Faces mit einheitlich
orientierten Flaechennormalen, auch ein Entity (Geometrieelement).
* Ein Solid muss die Eigenschaften des Volumes aufweisen (ist also
"verlustfrei" vom und zum Volume transformierbar), hat aber eben
applikationsspezifische Zusatzeigenschaften, wie z. B. Parametrik - im
Gegensatz zu den Volumes.
Andere Systeme (wie z.B. auch die Schnittstellendefinition VFA/FS)
verwenden z. B. den Ausdruck "trimmed Surface". VDA ist fast eine 1:1
Kopie der Mathematik von CATIA - ist ja auch zu Zeiten der
Marktbeherrschung des Systems von den deutsch Automobilherstellern
spezifiziert worden - STEP/AP214 entspricht im Flaechenbereich
"mathematisch" quasi auch der VDA Spezifiktion, formal vollkommen
verschieden und hat natuerlich unendlich viele Zusatzdefinitionen und
Moeglichkeiten.
Tschuess,
Gerhard Reithofer - Techn. EDV Reithofer - Technical software solutions
http://members.aon.at/tech-edv http://www.computer.privateweb.at/tech-edv
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