FEM=Finite Elemente Methode

Die Finite Elemente Methode (FEM) ist ein mathematische Verfahren zu Lösung von Differentialgleichungen, mit dessen Hilfe im Ingenieurswesen Festkörpersimulationen, d.h. sog. ”Finite Elemente Analysen” (FEA) durchgeführt werden können. In der Finite Elemente Methode (FEM) werden komplexe Strukturen, die nur schwer oder gar nicht zu berechnen sind, in eine endliche (finite) Anzahl von Teilbereichen (Elemente) unterteilt, um diese berechnen zu können. Die Summe aller Einzellösungen ergibt eine näherungsweise Lösung der Gesamtstruktur. Entwickelt wurde die Finite Elemente Methode u.a. von R.W.Clough.

FEA=Finite Elemente Analyse?

Was ist eine Finite Elemente Analyse? Und wozu wird diese benötigt?

Eine Finite Elemente Analyse (FEA) ist die computergestützte Simulation an virtuellen Bauteilen, bzw. Bauteilgruppen, mit deren Hilfe man Untersuchungen zu mechanischen, thermischen oder strömungstechnischen Belastungen und Verformungen durchführen kann. Sie wurde um 1970 entwickelt und basiert auf der Finite Elemente Methode (FEM).
Kurz gesagt: Schon bevor der Prototyp eines Bauteils gefertigt wird, lassen sich mit Hilfe einer Finite Elemente Analyse an einem Computermodell grundlegende Aussagen zur Festigkeit, bzw. Verformung des realen Bauteils unter Last treffen. Basis dieser Simulation sind die vorhandenen CAD-Modelle bzw. 3D CAD-Modelle und deren Daten.

Spannungen im Bauteil

Im Rahmen einer FEA können Konstruktionsfehler, oder Schwachstellen frühzeitig erkannt und direkt am Computermodell behoben werden. Darüber hinaus ist es möglich, Bauteiloptimierungen bzgl. Gewicht oder Steifigkeit automatisch vom Computer vornehmen zu lassen. So lässt sich beispielsweise an einem Model die Wandstärke eines Bauteils automatisch, über einen festgelegten Bereich variieren, um das optimale Verhältnis zwischen Dicke und Tragfähigkeit zu ermitteln.

Prototyp

Die während einer solchen Analyse definierten Belastungen und Randbedingungen stellen eine Vereinfachung dar und sollten, wenn möglich, durch manuelle Berechnungen und Messungen an realen Bauteilen verifiziert werden. Finite Elemente Analysen (FEA) finden heute nicht nur im Maschinenbau Anwendung. Auch in anderen Bereichen von Forschung und Wissenschaft sind diese Analysen ein fester Bestandteil. (z.B. Medizintechnik, Architektur, etc. …)