Einführung in die Finite-Elemente-Analyse

Was steckt hinter der Finite-Elemente-Analyse (FEA) bzw. der Finite-Elemente-Methode (FEM) und wozu wird diese benötigt? Mit Hilfe der FEA können virtuelle Bauteile am Computer berechnet und Verformungen und Spannungen unter Krafteinfluss simuliert werden. Die Bauteilgeometrie kann direkt aus CAD-Programmen eingelesen und weiterverarbeitet werden. Dabei spielt es für die Analyse keine Rolle, aus welchen Bereichen (z.B. Automobilbau, Medizintechnik, …) die Bauteile stammen. Die Berechnungsergebnisse können zur Festigkeitsabschätzung dienen. Die Vorteile des Verfahrens liegen auf der Hand: Diese sogenannten virtuellen Prototypen helfen weit vor der eigentlichen Fertigung Entwicklungszeit und Kosten zu sparen, da mögliche konstruktive Fehler bereits vorher erkannt und vermieden werden können.

Grundlage der FE-Simulation ist die technische Mechanik, welche schon die alten Griechen beherrschten. Doch erst die Erfindung des Computers machte es möglich, sehr umfangreiche und komplexe Berechnungen und daraus resultierend große Gleichungssysteme mit mehreren tausend Unbekannten zu lösen.

Von der einfachen mechanischen Verformung bis zur Wechselwirkung von Festkörper und Fluiden unter allen möglichen physikalischen Einflüssen wie Druck, Temperatur- und Magnetfeldern, alles kann simuliert werden! Somit ist die FEM eines der vielseitigsten Werkzeuge welches heute zur Verfügung steht.

Jede Simulation ist eine Vereinfachung der Realität. Egal wie viel Geld und Zeit Sie investieren, ein guter Versuch ist durch nichts zu ersetzen, aber eine gute Simulation kann das Ergebnis wesentlich verbessern.

In den folgenden Beiträgen finden Sie einen Überblick über die fünf Pfeiler der FEA:

  1. Import
  2. Pre-Processing
  3. Solver
  4. Post-Processing
  5. Export

Auszug aus dem Buch „Finite Elemente Analyse für Ingenieure“

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