FEASimulationen

FEASimulationen, auch als Finite-Elemente-Analysen bekannt, sind numerische Verfahren zur Untersuchung des Verhaltens von Bauteilen und Systemen unter mechanischen, thermischen oder anderen Randbedingungen. Sie basieren auf dem Finite-Elemente-Verfahren (FEM), bei dem der physikalische Raum in endliche Elemente unterteilt wird. Materialeigenschaften, Geometrie und Randbedingungen werden in ein Modell übernommen, Lasten angewendet und die Gleichungen der jeweiligen Physik gelöst, um Größen wie Verschiebungen, Spannungen, Dehnungen oder Temperaturfelder zu bestimmen. In fortgeschrittenen Anwendungen lassen sich mehrere Physikbereiche koppeln, etwa thermo-mechanische oder fluid-struktur-assoziierte Probleme.

Typischer Workflow: Eine Geometrie wird definiert und materialmodelliert, ein Netz wird erzeugt und hinsichtlich Größe und Qualität angepasst, Randbedingungen und Lasten werden festgelegt, Solver-Einstellungen gewählt und die Berechnung durchgeführt. Die Ergebnisse werden anschließend post-processed, interpretiert und oft in Form von Diagrammen, Farbverteilungen oder Berichten präsentiert. Wichtige Schritte sind Netzqualitätsprüfungen und eine Konvergenz- oder Mesh-Refinement-Analyse, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse abzuschätzen.

Anwendungen: FEASimulationen finden breite Anwendung in Maschinenbau, Automobil- und Luftfahrttechnik, Bauwesen, Medizintechnik und Biomechanik. Typische Aufgaben umfassen Festigkeits- und Steifigkeitsnachweise, Crash- und Fatiganalysen, Wärmeleitung, Kontaktprobleme sowie Strömungs- oder Kopplungsuntersuchungen.

Softwarelandschaft: Kommerzielle Werkzeuge wie ANSYS, ABAQUS, COMSOL Multiphysics oder Siemens NX/Simcenter sind weit verbreitet, daneben gibt es Open-Source-Lösungen wie CalculiX oder Code_Aster. Der erfolgreiche Einsatz erfordert sorgfältige Modellierung, Validierung gegen Experimente und eine sinnvolle Mesh- und Materialwahl. FEASimulationen liefern wertvolle Einblicke, sind aber stark von der Qualität der Eingabedaten abhängig.