STRUKTURANALYSE (FEM)
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.
Was ist eine FEM-Simulation?
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 weiteren Randbedingungen (wie Kräften, 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.
ANALYSEMÖGLICHKEITEN
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
- usw.
DARSTELLUNGSVARIABLEN (berechenbare Größen)
Die nachfolgenden Variablen variieren ja nach Analysegegenstand:
- Beschleunigung (Schwingungsanalyse)
- Dehnung
- Spannungen (Normal-, Schub-, Biege-, Vergleichsspannung, etc.)
- Temperatur
- Verformung
- Wärmestromdichte (Komponente, gesamt)
- Materialeinsparung
VISUALISIERUNGSMÖGLCHKEITEN des numerischen Ergebnisses
- Volumen
- Flächen
- Schnittansichten
- Stichproben (sowie min., max.)
- Diagramme
- Tabellen
- Animationen
DIE KOPPLUNG VON FEM UND CFD
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 FS -Verfahren (Fluid-Structure-Interaction) zum Einsatz, bei dem eine Zusammenführung von Strukturmechanik (FEM) und fluiddynamischen System (CFD) durchgeführt wird.
Ein typisches Bespiel für eine FSI-Untersuchung ist die Berechnung von Schaufelbelastungen und Verformungen bei Ventilatorlaufrädern infolge des strömungstechnischen Druckaufbaus.
