Finite Elemente Methode (FEM)

Mit der Finite Elemente Methode (FEM) wird am Computer simuliert, wie sich Bauteile und Systeme unter vorgegebenen Beanspruchungen und Bedingungen verhalten werden. Die FEM unterstützt die klassische Werkstoffprüfung bei der Vorhersage von Spannungen und Verformungen unter dem Einfluss von mechanischen Kräften oder thermischer Energie.

Element setzt das auch häufig Finite Elemente Analyse (FEA) oder Finite Elemente Simulation genannte Verfahren ein, um Kunden bei Fragen der Entwicklung, Designoptimierung, Beanspruchung, Lebensdauervorhersage und Fehleranalyse von Bauteilen zu unterstützen. Unsere Experten für Computersimulationen und Modellierung arbeiten dabei eng mit den Kollegen aus der Werkstoffprüfung zusammen, um komplexe Strukturen und Systeme zu analysieren, das Verhalten von Komponenten zu bestimmen und genau vorherzusagen, wie sie unter struktureller und thermischer Belastung reagieren werden.

FEM: Bauteil wird in kleine Einzelteile zerlegt

Für die Finite Elemente Analyse werden digitale Modelle von Bauteilen (z.B. CAD-Modelle) in viele, kleine Einheiten (Elemente) mit vorgegebenen Eigenschaften zerlegt. Der Einfluss von beispielsweise mechanischer Kraft (Druck, Zug), Temperatur oder elektrischer Spannung wird für jedes einzelne Element berechnet, ebenso deren Wechselwirkung auf benachbarte Elemente. 

Unsere Experten setzen die Finite Elemente Methode zur Simulation von Fragestellungen zu Strukturmechanik, Ermüdungslebensdauer, Fehleranalysen und Optimierung von Komponenten ein. Zur Lösung von Problemen aus anderen Bereichen der Ingenieur- und Naturwissenschaften wie Wärmeübertragung, Flüssigkeitsströmung, Massentransport und Elektromagnetismus kann die FEA ebenfalls genutzt werden. Anwendungsbereiche sind beispielsweise:

• Lineare statische und dynamische Spannungsanalysen
• Nichtlineare Analysen, einschließlich Aufprall und Verformung mit hoher Geschwindigkeit
• Optimierung von Strukturen
• Zeitabhängige Analysen (Kriechen, Spannungsrelaxation)
• Risswachstumsmodellierung (J-Integral, kohäsive Zone, virtuelles Rissschließungsverfahren)
• Ermüdungslebensdauer und Lebensdaueranalyse
• Bewertung der Restlebensdauer
• Schadenstoleranz von Verbundwerkstoffen
• Dynamische Analysen, einschließlich Frequenz und Vibration
• Analyse der Wärmeübertragung
• Flüssigkeitsdiffusion und Permeation

Mit FEM Zeit und Entwicklungskosten sparen

In der Produktentwicklung wird mit der FEM/FEA überprüft, wie sich ein verändertes Design auf Kosten, Gewicht, Herstellung oder Leistung auswirkt. Die sogenannten virtuellen Prototypen können in einer frühen Phase auf ihre Eigenschaften untersucht werden, bevor reale Prototypen getestet werden. Auf diesem Wege lassen sich fehlerhafte oder für den Einsatzzweck ungeeignete Designs frühzeitig erkennen, wodurch Entwicklungszeit und -kosten reduziert werden können.

Finite Elemente Methode – Das bietet Element

Unser Digital Engineering Team bietet neben FEM weitere computergestützte Verfahren wie Computational Fluid Dynamics (CFD), Digital Twin Modeling, Discrete Element Modeling (DEM), und Engineering Critical Assessments (ECA) an. Bei Bedarf unterstützen unsere Werkstoffprüflabore Ihre Prüfprogramme mit mechanischen Werkstoffprüfungen und dynamischen Prüfverfahren.

Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen über die Finite Elemente Methode oder um ein Angebot anzufordern.