- Grundlagen und Zielsetzung der FEM im Ingenieurwesen
- Aufbau eines Finite-Elemente-Modells (Knoten, Elemente, Freiheitsgrade)
- Definition von Materialgesetzen, Lasten und Randbedingungen
- Unterschiede zwischen analytischer und numerischer Berechnung
- Übersicht über FEM-Software (ANSYS, Abaqus, Nastran, COMSOL, Simulia)
- Anwendung der FEM in Strukturmechanik, Thermik und Dynamik
- Qualitätsanforderungen an Simulationsmodelle
Mathematische und physikalische Grundlagen
- Herleitung der Grundgleichungen der FEM
- Matrixformulierung und Systemaufbau (Steifigkeit, Masse, Dämpfung)
- Lösungsverfahren (direkt, iterativ, explizit, implizit)
- Spannungs-, Dehnungs- und Verformungsberechnung
- Lineare und nichtlineare Materialmodelle
- Stabilität, Konvergenz und Netzunabhängigkeit
- Fehlerquellen und Modellvalidierung
Strukturmechanische Simulationen
- Erstellung von 2D- und 3D-FEM-Modellen für Strukturen und Baugruppen
- Durchführung linearer, nichtlinearer und dynamischer Analysen
- Modalanalyse - Eigenfrequenzen und Schwingungsformen
- Stabilitätsanalysen (Knick-, Beul- und Versagensverhalten)
- Kontakt- und Reibungsanalysen zwischen Komponenten
- Einsatz parametrischer Studien zur Designoptimierung
- Simulation gekoppelter Probleme (Struktur-Thermik-Fluid)
Thermische und Multiphysik-Analysen
- Simulation stationärer und transienter Wärmeleitung
- Modellierung thermischer Lasten, Konvektion und Strahlung
- Kopplung von Temperaturfeldern mit mechanischen Spannungen
- Grundlagen der Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)
- Thermomechanische Ausdehnung und Materialermüdung
- Simulation von Betriebszuständen und Temperaturzyklen
- Auswertung und Bewertung der Ergebnisse
Ergebnisbewertung und Dokumentation
- Interpretation von Spannungs-, Dehnungs- und Temperaturfeldern
- Vergleich numerischer Ergebnisse mit experimentellen Daten
- Nachweis von Sicherheitsfaktoren und Lebensdauer
- Erstellung prüffähiger FEM-Berichte und Visualisierungen
- Automatische Reportgenerierung in FEM-Tools
- Export der Ergebnisse in PDF, Excel, VTK oder Animationsformate
- Präsentation und Kommunikation der Simulationsergebnisse
Abschlussmodul - Praxisprojekt
- Durchführung einer vollständigen FEM-Simulation (z. B. Gehäuse, Struktur, Maschine)
- Definition von Randbedingungen und Lastfällen
- Bewertung der Ergebnisse und Optimierungsvorschläge
- Erstellung eines Simulationsberichts und Präsentation
- Abschlussbesprechung und Feedbackrunde