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Finite-Elemente-Methode

Aus mathematischer Sicht handelt es sich bei der Finite-Elemente-Methode um ein numerisches Verfahren zur Lösung von partiellen Differenzialgleichungen.
Praktische Anwendung findet FEM in der Untersuchung statischer, dynamischer, thermischer, strömungstechnischer und anderer Erscheinungen in einem Bauteil oder einer Konstruktion.
Neben der Simulation von mechanische Belastungen und Verformungen an einem virtuellen Modell können mit FEM auch Wechselwirkungen zwischen Festkörpern und Fluiden unter dem Einfluss von Temperaturen und Druck untersucht werden.
FEM nimmt aufgrund des gestiegenen Zeitdrucks bei der Entwicklung und dem Bestreben nach Einsparung von Prototypen immer mehr an Bedeutung zu. Das Modell, an dem die Untersuchung durchgeführt werden soll, wird nachdem es mittels CAD konsturiert wurde, in einem neutralen Datenformat (STL, DXF, STEP, …) an die FEM-Software übergeben.
FEM-Software besteht generell aus drei Grundkomponenten:
1. Modellaufbereitung (Preprozessor)
2. die eigentlichet Berechung - Gleichunglöser (Solver)
3. Datenauswertung (Postprozessor)
Der Preprozessor ist der Teil der die Berechnung vorbereitet. Mit ihm werden die CAD-Daten importiert und gegebenenfalls repariert, das Modell von nicht relevanten Details befreit (Defeaturing),die Lasten definiert und ein Netz von finiten (endlich vielen) Elementen aufgebaut. Dafür muss der Anwender entscheiden, aus welchen Elementen das Netz aufgebaut wird. Grundlegend wird unterschieden zwischen dem so genannten "Free-Mashing" und "Mapped Mashing".
Mit den Solvern wird die eigentliche Berechnung aus den Bereichen Festigkeitslehre, Strömung, Wärmeübertragung, Kinematik, … durchgeführt.
Postprozessoren dienen zur Auswertung der Rechenergebnisse in numerischer und graphischer Form. Mit Hilfe von Farbverläufen werden unterschiedliche mechanische oder termische Belastungen dargestellt..


Internationaler Begriff

Synonym

Acronym
FEM

Beispiel
Im Fahrzeugbau werden mit FEM virtuelle Crashtests durchgeführt.
Bauingenieure untersuchen die Belastbarkeit von Tragwerksstrukturen.

Siehe auch