Was macht FEM?<\/h2>\n\n\n\n
Die FEM zerlegt ein komplexes Problem in kleinere, einfachere Elemente, die durch mathematische Gleichungen und Modelle beschrieben werden k\u00f6nnen. Diese Elemente k\u00f6nnen zum Beispiel Dreiecke oder Rechtecke sein und bilden ein Netzwerk oder Gitter \u00fcber das gesamte Gebiet, das analysiert werden soll. Jedes Element wird dann durch mathematische Gleichungen und Randbedingungen beschrieben, die die physikalischen Gesetze und das Verhalten des Systems widerspiegeln.<\/p>\n\n\n\n
Einsatzgebiete der Finite-Elemente-Analyse<\/h2>\n\n\n\n
Die Finite-Elemente-Analyse kann f\u00fcr verschiedene Zwecke eingesetzt werden, darunter:<\/p>\n\n\n\n
Strukturmechanik<\/h3>\n\n\n\n
Analyse von Spannungen, Deformationen und Festigkeitsverhalten von Bauteilen und Strukturen unter verschiedenen Belastungen.<\/p>\n\n\n\n
W\u00e4rme\u00fcbertragung<\/h3>\n\n\n\n
Untersuchung von Temperaturverteilungen und W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeiten in thermischen Systemen und Bauteilen.<\/p>\n\n\n\n
Str\u00f6mungsmechanik<\/h3>\n\n\n\n
Simulation von Str\u00f6mungsvorg\u00e4ngen in Fluiden wie Luft oder Fl\u00fcssigkeiten, um Druckverteilungen, Geschwindigkeiten und Str\u00f6mungsmuster zu analysieren.<\/p>\n\n\n\n
Elektromagnetismus<\/h3>\n\n\n\n
Berechnung von elektrischen Feldern und Magnetfeldern in elektrischen und magnetischen Systemen.<\/p>\n\n\n\n
Was sind die Vorteile der FEM?<\/h2>\n\n\n\nFlexibilit\u00e4t<\/h3>\n\n\n\n
Die FEM kann auf komplexe Geometrien und Materialien angewendet werden und ist daher f\u00fcr eine Vielzahl von Anwendungen geeignet.<\/p>\n\n\n\n
Genauigkeit<\/h3>\n\n\n\n
Durch die Verwendung kleiner Elemente und die Kombination von lokalen L\u00f6sungen ergibt sich eine hohe Genauigkeit bei der L\u00f6sung komplexer Probleme.<\/p>\n\n\n\n
Anwendbarkeit<\/h3>\n\n\n\n
Die FEM kann in Verbindung mit Computersimulationen verwendet werden, um realistische Vorhersagen zu treffen und das Verhalten von komplexen Systemen zu verstehen.<\/p>\n\n\n\n
Was ist eine FEM-Simulation?<\/h2>\n\n\n\n
Eine FEM-Simulation (Finite-Elemente-Methode-Simulation oder auch Finite-Elemente-Simulation) ist eine computergest\u00fctzte numerische Analyse, die auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) basiert. Sie wird verwendet, um das Verhalten von komplexen physikalischen Ph\u00e4nomenen und Strukturen zu analysieren und vorherzusagen. In einer FEM-Simulation wird das zu untersuchende Gebiet in kleinere, einfachere Elemente unterteilt, die durch mathematische Gleichungen und Modelle beschrieben werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n Die Finite-Elemente-Methode wird aus verschiedenen Gr\u00fcnden f\u00fcr Simulationen eingesetzt. Hier sind einige der Hauptvorteile und Gr\u00fcnde, warum FEM-Simulationen in vielen Branchen und Anwendungsbereichen so verbreitet sind:<\/p>\n\n\n\n Komplexit\u00e4t bew\u00e4ltigen: FEM-Simulationen erm\u00f6glichen die Analyse und Vorhersage des Verhaltens komplexer physikalischer Ph\u00e4nomene und Strukturen. Sie k\u00f6nnen in Situationen angewendet werden, in denen analytische L\u00f6sungen nicht praktikabel oder sogar nicht verf\u00fcgbar sind.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Effizienz und Kostenersparnis: Durch FEM-Simulationen k\u00f6nnen Ingenieure und Wissenschaftler virtuelle Prototypen erstellen und deren Verhalten unter verschiedenen Bedingungen analysieren, ohne physische Prototypen erstellen zu m\u00fcssen. Dies spart Zeit, Materialkosten und Entwicklungsressourcen.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Designoptimierung: FEM-Simulationen erm\u00f6glichen es, verschiedene Designoptionen zu analysieren und zu vergleichen, um das bestm\u00f6gliche Design zu finden, das den Anforderungen und Spezifikationen am besten entspricht. Dies tr\u00e4gt zur Verbesserung der Leistung, Sicherheit und Effizienz von Produkten und Strukturen bei.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Vorhersage von Verhalten: FEM-Simulationen erm\u00f6glichen es, das Verhalten von Bauteilen und Strukturen unter verschiedenen Belastungen und Bedingungen vorherzusagen. Dies kann dazu beitragen, potenzielle Probleme fr\u00fchzeitig zu erkennen und die notwendigen Anpassungen oder Verbesserungen vorzunehmen, bevor ein Produkt auf den Markt kommt.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Nichtlineares Verhalten: FEM-Simulationen k\u00f6nnen auch nichtlineares Verhalten modellieren, das in vielen praktischen Anwendungen vorkommt. Dazu geh\u00f6ren Materialverformungen, gro\u00dfe Verschiebungen, komplexe Randbedingungen und andere Ph\u00e4nomene, die in der Realit\u00e4t auftreten k\u00f6nnen.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Verst\u00e4ndnis komplexer Systeme: Durch FEM-Simulationen k\u00f6nnen Ingenieure und Wissenschaftler ein besseres Verst\u00e4ndnis von komplexen Systemen und physikalischen Prozessen gewinnen. Dies kann zu neuen Erkenntnissen und Innovationen f\u00fchren.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Sicherheit und Zuverl\u00e4ssigkeit: FEM-Simulationen spielen eine wichtige Rolle bei der Bewertung der Sicherheit und Zuverl\u00e4ssigkeit von Produkten und Strukturen. Sie k\u00f6nnen helfen, potenzielle Schwachstellen zu identifizieren und die Sicherheit f\u00fcr Endnutzer zu gew\u00e4hrleisten.<\/p><\/span><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n Insgesamt erm\u00f6glicht die Finite-Elemente-Methode mit ihren Simulationen eine leistungsf\u00e4hige Werkzeugpalette, um komplexe technische Herausforderungen zu bew\u00e4ltigen, die Leistung zu optimieren, das Verst\u00e4ndnis von physikalischen Ph\u00e4nomenen zu vertiefen und letztendlich die Qualit\u00e4t und Effizienz von Produkten und Strukturen zu verbessern.<\/p>\n\n\n\n Geometriemodellierung: Das zu analysierende Objekt oder System wird in einem virtuellen 3D-Modell repr\u00e4sentiert. Die Geometrie wird in kleinere Elemente, wie Dreiecke oder Rechtecke, unterteilt, um ein Netzwerk oder Gitter zu bilden.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Definition von Materialeigenschaften und Randbedingungen: F\u00fcr jedes Element werden die Materialeigenschaften (z. B. Elastizit\u00e4t, W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit) und die Randbedingungen (z. B. Kr\u00e4fte, Temperaturen) festgelegt, die auf das Element einwirken oder es begrenzen.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Formulierung der Gleichungen: F\u00fcr jedes Element werden Gleichungen entwickelt, die die physikalischen Gesetze und das Verhalten des Elements beschreiben. Diese Gleichungen k\u00f6nnen unterschiedlich sein, abh\u00e4ngig von der Art der zu simulierenden Ph\u00e4nomene (z. B. mechanische Spannungen, W\u00e4rme\u00fcbertragung, Str\u00f6mungsverhalten).<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Zusammenbau und L\u00f6sung des Gleichungssystems: Alle Gleichungen der Elemente werden zu einem gro\u00dfen Gleichungssystem zusammengef\u00fcgt und gel\u00f6st, um das Verhalten des gesamten Systems zu simulieren. Dies erfordert h\u00e4ufig die Verwendung von leistungsstarker Computerhardware und spezieller Software f\u00fcr die numerische Berechnung.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n Analyse der Ergebnisse: Nach Abschluss der Simulation werden die Ergebnisse analysiert und interpretiert. Dies kann umfassen, die Verteilung von Spannungen, Temperaturen, Str\u00f6mungsgeschwindigkeiten oder anderen physikalischen Gr\u00f6\u00dfen zu visualisieren und zu verstehen.<\/p><\/span><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n FEM-Simulationen werden in vielen verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Ingenieurwesen, Maschinenbau, Bauwesen, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und viele andere. Sie erm\u00f6glichen es Ingenieuren und Wissenschaftlern, das Verhalten von Produkten und Strukturen vorherzusagen, die Auswirkungen von Design\u00e4nderungen zu analysieren, die Leistung zu optimieren und potenzielle Probleme fr\u00fchzeitig zu identifizieren, bevor physische Prototypen erstellt werden. Dies tr\u00e4gt zur Effizienz, Sicherheit und Zuverl\u00e4ssigkeit von Produkten und Strukturen bei und erm\u00f6glicht es, komplexe Systeme besser zu verstehen und zu verbessern.<\/p>\n\n\n\n FEM und CAD sind eng miteinander verbunden. CAD-Modelle dienen als Ausgangspunkt f\u00fcr FEM-Simulationen. Die geometrischen Informationen und Materialeigenschaften aus den CAD-Modellen werden in die FEM-Simulationssoftware \u00fcbertragen, um die physikalischen Analysen durchzuf\u00fchren. Die Ergebnisse der FEM-Simulationen k\u00f6nnen dann wiederum in die CAD-Modelle zur\u00fcckgef\u00fchrt werden, um das Design entsprechend zu optimieren oder anzupassen. Die Kombination von FEM und CAD erm\u00f6glicht es Ingenieuren und Designern, Produkte und Strukturen effizienter zu entwickeln, zu analysieren und zu verbessern.<\/p>\n\n\n\n FEM-Software sind spezialisierte Tools, die Ingenieuren und Wissenschaftlern erm\u00f6glichen, das Verhalten von Strukturen unter verschiedenen Belastungsbedingungen zu simulieren, zu analysieren und zu optimieren. Diese Softwarel\u00f6sungen verwenden numerische Methoden wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) oder die Finite-Differenzen-Methode, um komplexe mathematische Modelle von Strukturen zu erstellen. Hier sind einige bekannte Softwarepakete f\u00fcr die Strukturanalyse:<\/p>\n\n\n\n SOLIDWORKS Simulation<\/a> ist ein anwenderfreundliches Portfolio an Werkzeugen zur Strukturanalyse. Dabei wird die Finite-Elemente-Methode (FEM) eingesetzt, um anhand virtueller Tests von CAD-Modulen das tats\u00e4chliche physikalische Verhalten eines Produkts vorherzusagen. Das Portfolio umfasst lineare, nichtlinear-statische und dynamische Analysen.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n![\"3DEXPERIENCE](\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/3dexperience-works-fem-simulation.webp\" "\\"3DEXPERIENCE")
Warum FEM-Simulation?<\/h3>\n\n\n\n
\n
Der Ablauf einer FEM-Simulation<\/h3>\n\n\n\n
\n
Verbindung von FEM und CAD<\/h2>\n\n\n\n
FEM-Software<\/h2>\n\n\n\n
SOLIDWORKS Simulation<\/h3>\n\n\n\n
![\"Strukturanalyse](\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/solidworks-simulation.webp\")
3DEXPERIENCE Works Simulation<\/h3>\n\n\n\n
![\"ABAQUS](\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/Abaqus-Motor.webp\")