Was ist eine FEM-Simulation?
Die Auslegung technischer Systeme erfolgt meist unter Berücksichtigung von Spannungen, Verformungen, Dehnungen, Knicken und Eigenfrequenzen.
Mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) haben wir die Möglichkeit, das physikalische bzw. mechanische Verhalten von Bauteilen mittels computergestützter Verfahren im Detail zu untersuchen.
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In der voranschreitenden digitalisierten Welt steht fortlaufend mehr Rechenleistung zu Verfügung. Diese Ressource stellt die Grundlage für anerkannte rechnergestützte numerische FEM-Berechnungsverfahren dar.
Die generelle Methodik beruht darauf, reale naturwissenschaftliche Prozesse anhand mathematischer Modellgleichungen abzubilden und mittels komplexer Rechnerarchitekturen zu lösen und zu visualisieren.
Bei der FEM-Berechnungsmethodik wird die zu untersuchende Komponente in sehr kleine, endliche (finite) Teilbereiche aufgeteilt. Für jeden dieser Teilbereiche wird dann mittels numerischer Ansätze und der Eingabe von Randbedingungen (wie Kräfte, Temperaturen, etc.) die Lösung der Gleichungssysteme ermittelt. Daraus entsteht letztendlich das Gesamtbild bzw. Gesamtverhalten des Bauteils.
Die daraus resultierenden Vorteile bietet kein anderes am Markt existierendes Verfahren.
Das Anwendungsspektrum ist nahezu unbegrenzt.
Was ist Ihr Zugewinn?
- Kosteneffizienz durch verkürzte Entwicklungszeiten und weniger Prototypen
- Schnellere Marktpräsenz
- Qualitätssteigerung und –sicherung
- Tiefgreifendes Prozessverständnis
- Möglichkeit, physikalische Effekte isoliert zu betrachten
- Millionenfache „Messdaten“
- Erfassung von messtechnisch nicht oder schwer erfassbaren Größen
- Analysen von Schadensereignissen und Prognosen zu Gefahrenzuständen
Welche Analysemöglichkeiten bieten wir an?
Im Rahmen der FEM-Simulation bieten wir folgende Analysemöglichkeiten an:
- Statisch-/transient-mechanische Analyse
- Harmonische Analyse
- Beul-/ Knickanalyse
- Modalanalyse
- Thermische Analyse (stationär und transient)
- FSI-Simulation (Kopplung von fluiddynamischen und mechanischen Systemen)
- Topologie-Optimierung
- uvm.
Kopplung von CFD und FEM
Bei einigen Entwicklungsaufgaben stellt sich die Frage, in wieweit sich strömungstechnische Größen eines Fluids (z. B. Druckkräfte, Temperaturen, etc.) auf die Struktur von umliegenden Körpern (z. B. Tragwerke, Rohre, Einhausungen, elektrische Bauteile, etc.) auswirken. Oder - in umgekehrter Richtung - welche Auswirkung strukturmechanische Einflüsse auf das Strömungsverhalten ausüben.
Wenn derartige gekoppelte Systeme zu untersuchen sind, kommt das FSI -Verfahren (Fluid-Structure-Interaction) zum Einsatz, bei dem eine Zusammenführung von Strukturmechanik (FEM) und fluiddynamischen System (CFD) vorgenommen wird.
Ein typisches Bespiel für eine FSI-Untersuchung ist die Berechnung von Schaufelbelastungen und Verformungen bei Ventilatorlaufrädern infolge des strömungstechnischen Druckaufbaus.
