FEM

Beschreibung

Die virtuelle Produktentwicklung am Rechner ist heute Realität geworden. Methodisch führt dies zur Verknüpfung von 3-D-CAD, MKS, FEM, STRUOPT und Rapid-Prototyping. Hiermit sind die Ingenieure gefordert, rechnerunterstützte Arbeitstechniken gründlich zu erlernen. Kern der CAE-Technik ist die Finite-Element-Methode (FEM), die als universelles Analysewerkzeug tiefe Einblicke in die Elastik, Dynamik, Kinematik/Kinetik sowie das thermische bzw. strömungsmechanische Verhalten von Bauteilen und Systemen ermöglicht.
Auf Basis dieser Simulationen sind sichere Vorauslegungen möglich womit sich Innovationszeiten und Erprobungen verkürzen lassen. Über die Zeit- und Kostenersparnis amortisieren sich FEM Anwendungen oft sehr schnell.

Der Inhalt
· Grundlagen der FEM
· Verständnis des Ablaufs und der programmtechnischen Realisierung
· Elementbeschreibung, Konvergenzverhalten, Vernetzung und Gleichungslösung
· Lösung von linearen und nichtlinearen Festigkeitsproblemen
· exemplarische Behandlung von Mehrkörperstrukturen (MKS), Dynamik, Wärmeübertragung und Multiphysik sowie
· Anwendungsregeln, Fehlervermeidung und QS von Ergebnissen

Zu allen Problemstellungen werden gelöste Fallstudien sowie Verständnisaufgaben behandelt.

Die Finite-Element-Methode hat sich seit vielen Jahren im Ingenieurwesen bewährt und wird mittlerweile schon routinemäßig für Berechnungsaufgaben im Maschinen-, Apparate und Fahrzeugbau eingesetzt. Sie ermöglicht weitestgehend realitätsnahe Aussagen durch Rechnersimulation im Stadium der Bauteil- oder Strukturentwicklung und trägt damit wesentlich zur Verkürzung der gesamten Produktentwicklungszeit bei. Im Zusammenwirken mit CAD zählt heute die FEM als das leistungsfähigste Verfahren, die Ingenieurarbeit zu rationalisieren und qualitativ zu optimieren. Das Vertrauen in FEM-Rechnungen darf aber nicht nachlässig machen, so haftet der Berechnungsingenieur bei einer falschen Auslegung nach dem BGB, GSG und dem ProdHfG. Insofern sollten die Grundzüge der FE-Methode allen Ingenieuren bekannt sein, um die problemgerechte Einsetzbarkeit und die erzielten Ergebnisse in der Praxis beurteilen zu können. Intention des Buches ist daher der Brückenschlag zwischen Theorie und Praxis sowie einen Überblick zu Anwendungen in der Statik, Dynamik und Wärmeübertragung geben zu wollen. 1. 1 Historischer Überblick Mit der klassischen technischen Mechanik ist es bis heute nicht möglich, komplexe Zusam menhänge in realen Systemen ganzheitlich zu erfassen. Üblicherweise geht man dann so vor, dass ein stark vereinfachtes Modell des Problems geschafft wird, welches gewöhnlich leicht zu lösen ist. Hierbei ist natürlich die Übertragbarkeit der Ergebnisse stets kritisch abzuklären, da die Abweichungen meist groß sind. Allgemeines Bestreben ist es daher, Systeme so realitätsnah wie nötig für eine Betrachtung aufzubereiten. Von der Vorgehensweise her kann in eine diskrete und eine kontinuierliche Modellbildung unterschieden werden.
Strukturierte Darstellung zum erfolgreichen Einsatz der FEM mit Übungsaufgaben und Fallstudien
Die CAE-Technik als integratives Verfahren zum Konstruieren und Berechnen verändert derzeit die Arbeitsweise der Ingenieure. Als universelles Lösungsverfahren hat sich die Finite-Elemente-Methode bewährt, die in der Elastostatik, Elastodynamik, Wärmeleitung und Strömungsmechanik anwendbar ist. Fallstudien mit praxisorientierten Aufgabenstellungen zeigen die Anwendung der FEM. In dieser Auflage wurde wegen der wachsenden Bedeutung der Mehrkörperdynamik der MKS-Ansatz im Kontext von FEM neu aufgenommen. Außerdem wurde eine Übersicht über die geläufigen FEM-Programme und ihre Leistungsfähigkeit erstellt.

Autor*in

Bernd Klein

Themen in »FEM«

Computer-Aided Engineering (CAE) FEM Finite Element Methode Finite-Elemente-Methode Konstruieren Optimierung Plattenelemente Schalenelemente Scheibenelemente Software Strömung Strömungsmechanik Wärmeleitprobleme Wärmeleitung Wärmeübertragung

Stimmen zu »FEM«

"Die sehr gute Formelzeichensammlung, ein wohl ausreichendes Sachwortverzeichnis, der klare mathematische Aufbau und die guten Bilder erleichtern sicher den Einstieg in dieses Gebiet." (Konstruktion, 5/99)
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