FEM – Finite Elemente Methode
<< zurück zur Q-Wiki Übersicht
Mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) oder auch Finite Elemente Analyse (FEA) genannt, können virtuelle Bauteile am Computer berechnet und Verformungen und Spannungen unter Krafteinfluss simuliert werden.
Die Methode der finiten Elemente (FEM) zählt zu den numerischen Verfahren zur näherungsweisen Lösung von Aufgaben der Naturwissenschaften und Technik. Die Methode wird sehr häufig im Bereich der additiven Fertigung (3D-Druck) genutzt, da diese Bauteile in der Regel in Ihrer Topologie optimiert werden, um Material und damit Gewicht und Fertigungszeit einzusparen, bedarf es in der Planung von 3D-gedruckten Bauteilen einer aussagekräftigen Festigkeitsberechnung.
FEM Vorgehensweise
Die Bauteilgeometrie wird in der Regel in einem CAD-Programm wie zum Beispiel Solidworks oder CATIA erstellt und anschließend in eine FEM-Software eingelesen und dort weiterverarbeitet. Das zu berechnende Bauteil wird hierbei in finite Elemente – also kleine endliche Bereiche – unterteilt. Dieser Schritt wird Diskretisierung genannt. Für jedes dieser finiten Elemente werden einfach aufgebaute Ansatzfunktionen gewählt und eingesetzt, die das physikalische Verhalten angemessen darstellen.
Dabei spielt es für die Analyse keine Rolle, aus welchen Bereichen (z.B. Automobilbau, Medizintechnik, …) die Bauteile stammen.
Die Verwendung von finiten Elementen (der Finite-Elemente-Methode, FEM) umfasst typischerweise
- die Diskretisierung (Vernetzung),
- die Lösung und
- die Auswertung (Ergebnisdarstellung).
Meistens wird danach in der Bewertung auf der Grundlage der Ergebnisse eine technische Aussage getroffen. Die Berechnungsergebnisse können unter Anderem zur Abschätzung der Festigkeit und Haltbarkeit dienen.
Grundlage der Finite Elemente Simulation ist die technische Mechanik, die ihren Ursprung schon im alten Griechenland liegt. Dennoch machte es erst die Erfindung des Computers möglich, diese umfangreichen und komplexen Berechnungen sowie die daraus resultierenden Gleichungssysteme mit mehreren tausend Unbekannten zu lösen.
FEM Vorteile
Die Vorteile des FEM-Verfahrens liegen auf der Hand: Die virtuellen Prototypen helfen, weit vor der eigentlichen Fertigung, Entwicklungszeit und Kosten zu sparen, da mögliche konstruktive Fehler bereits vorher erkannt und vermieden werden können.
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.
MERKE:
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.
Trainings im Kontext FEM
Alle unsere Schulungen und Trainings führen wir auch gerne als Inhouse Schulung oder Einzelcoaching durch. Sparen Sie Reisekosten und buchen Sie ein Inhouse Training! Oder buchen Sie ein intensives Einzelcoaching für einen noch schnelleren Lernerfolg!