FEM-Berechnung: Unser Dienstleistungsangebot

Übersicht unserer Dienstleistungen

Zu unseren Leistungen im Bereich der FEM-Simulation zählen die folgenden Punkte:

• FEM-Berechnung strukturmechanischer und thermomechanischer Aufgabenstellungen
• Unterstützung in der Produktentwicklung
• Beratung in der Konzeptphase
• Konstruktionsbegleitende Berechnung im Entwicklungsprozess
• Vorschläge zur Ertüchtigung Ihrer Konstruktion
• Erstellung zertifizierungsfähiger Berechnungsberichte

FEM-Berechnung – was ist das eigentlich?

Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ist ein numerisches Verfahren, das sich u.a. für Festigkeits- und Verformungsuntersuchungen von Festkörpern eignet. Zu diesem Zweck wird die Geometrie durch die Vernetzung in sogenannte Finite Elemente (meist Tetraeder bzw. Hexaeder bei 3D-Geometrien) unterteilt, deren Verhalten durch die Elementansatzfunktion beschrieben wird. So kann eine komplexe Geometrie, für die keine analytische Beschreibung existiert, durch die Verknüpfung der Elementansatzfunktionen beschrieben und berechnet werden.

Einen ersten Einstieg in die Theorie und den Ablauf einer FE-Berechnung, sowie weitere nützliche Informationen zu diesem Thema finden Sie in unseren Blog-Artikeln zur FEM-Berechnung.

Sinnvolle Einsatzgebiete einer Finite-Elemente-Berechnung

Eine FE-Berechnung bietet sich besonders dann an, wenn eine analytische Berechnung auf Grund komplizierter Konstruktionen und komplexer Geometrien nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.

Typische Beispiele sind:

• aufwändig geformte Gusskörper
• Kerben, für die keine Formzahlen verfügbar sind
• Nichtlinearitäten (z.B. Aufklaffen der Kontakte von Schraubenverbindungen, materielle Nichtlinearitäten)

Vorteile der FEM gegenüber Tests:

• geringerer Aufwand (fallabhängig)
• effizienter Vergleich verschiedener Designvarianten
• Bewertung von Strukturen und Problemen, für die kein Test möglich ist

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Einsatzgebiete, für die sich eine numerische Simulation nicht eignet

Für einfache Probleme, für die eine analytische Lösung bei überschaubarem Aufwand möglich ist, erübrigt sich eine numerische Simulation.

Genauigkeit einer Analyse mittels FE-Methode

Der Fehler einer FE-Berechnung liegt typischerweise unter 5%. Ungenauigkeiten werden eher durch Unsicherheiten der Lasten und Materialkennwerte verursacht.

Berechnungsdisziplinen

Folgende Analysen führen wir mittels FEM durch:

• Statische Strukturanalysen
  Mit statischen Strukturanalysen werden Verformungen und Spannungen von Festkörpern unter Belastung berechnet. Die Analysen erfolgen vorzugsweise mit linearen Modellen, um den Aufwand zu reduzieren. Falls nötig, werden Nichtlinearitäten wie z.B. materielle Nichtlinearitäten (plastifizieren des Materials), geometrische Nichtlinearitäten (große Verformungen) oder Nichtlinearitäten durch abhebende Kontakte berücksichtigt.

• Schwingungsanalysen
  Wird eine Konstruktion dynamisch angeregt, so ist eine Schwingungsanalyse nötig. Mit Modalanalysen ermitteln wir Eigenfrequenzen und Eigenformen. Anhand der anregenden Frequenz und den Eigenfrequenzen kann der Frequenzbereich, in dem die Konstruktion ohne die Gefahr einer Resonanzkatastrophe betrieben werden kann, festgelegt werden. Außerdem berechnen wir die Strukturantwort durch erzwungene Schwingungsberechnungen im Frequenz- und im Zeitbereich.

• Stabilitätsanalysen
  Um die Stabilität von Konstruktionen sicherzustellen, untersuchen wir Konstruktionen hinsichtlich Knicken und Beulen. Zu diesem Zweck nutzen wir lineare und nichtlineare Analysen.

• Thermomechanik
  Eine ungleichmäßige Erwärmung von Bauteilen führt zu Wärmespannungen. Durch gekoppelte Temperatur-Mechanik-Simulationen ermitteln wir die Spannungen und Verformungen, die durch die Temperaturbelastung verursacht werden.