- Grundlagen der Finite-Elemente-Methode (FEM)
- Aufbau und Funktionsweise von FEM-Systemen
- Unterschied zwischen Anwender, Analytiker und Entwickler
- Mathematische Grundlagen (Diskretisierung, Elementtypen, Freiheitsgrade)
- Überblick über Programmiersprachen für FEM (Python, C++, MATLAB)
- Struktur eines typischen Solver-Systems
- Anwendungsmöglichkeiten in Mechanik, Thermik und Dynamik
FEM-Modellierung und Datenstrukturen
- Aufbau eines FEM-Modells aus Geometrie, Netz und Materialdaten
- Implementierung von Knotendaten, Elementmatrizen und Steifigkeiten
- Umgang mit Randbedingungen und Lastdefinitionen
- Vernetzungsstrategien und Netzoptimierung
- Verwaltung von Ergebnissen (Spannungen, Verformungen, Energie)
- Parametrisierung und Automatisierung von FEM-Eingabedaten
- Schnittstellen zu CAD- und Simulationssystemen
Solver-Entwicklung und Berechnung
- Aufbau des globalen Gleichungssystems
- Nutzung numerischer Lösungsverfahren (Direct, Iterative Solver)
- Implementierung von linearen und nichtlinearen Analysen
- Stabilitäts- und Eigenwertberechnungen
- Integration von Materialgesetzen (Elastisch, Plastisch, Thermisch)
- Performance-Optimierung und Speicherverwaltung
- Validierung mit Referenzmodellen und Testfällen
Visualisierung und Ergebnisanalyse
- Darstellung von FEM-Ergebnissen in 2D und 3D
- Erstellung von Farbplots, Deformationsbildern und Diagrammen
- Nutzung von Python, ParaView oder Matplotlib zur Visualisierung
- Vergleich analytischer und numerischer Ergebnisse
- Automatische Berichtserstellung und Ergebnisprotokollierung
- Export der Ergebnisse in CSV, VTK oder Excel
- Interpretation zur Modellvalidierung und Optimierung
Abschlussmodul - Praxisprojekt
- Entwicklung eines eigenen Mini-FEM-Solvers
- Implementierung einfacher Strukturanalyse (Balken, Platte, Rahmen)
- Vergleich der Ergebnisse mit Standardsoftware
- Erstellung eines Abschlussberichts mit Code und Simulation
- Präsentation und Feedbackrunde