FEM, CFD & Simulation

Spannungen in Bauteilen, Temperaturfelder in Maschinen und Apparaten, Schwingungsmoden von Konstruktionen, Strömungsfelder bei Fluiden, elektromagnetische Felder - völlig verschiedene physikalische Gegebenheiten und Mechanismen. Allen gemeinsam ist die Tatsache, dass sie - außer bei elementarsten Geometrien und Randbedingungen - mit klassischen analytischen Methoden nicht berechenbar sind. Es handelt sich um kontinuierliche Systeme, also um Systeme mit unendlich vielen Freiheitsgraden. Berechnen lassen sich diese Fälle numerisch, durch Diskretisierung und damit Reduktion auf endlich viele Freiheitsgrade. Das bekannteste Verfahren dieser Art ist die Finite-Elemente-Methode (FEM), die insbesondere bei Spannungs- und Verformungsanalysen weit verbreitet ist. Daneben gibt es die Finite-Differenzen-Methode sowie die Finite-Volumen-Methode. Letztere wird bei der Berechnung von Strömungsfeldern bevorzugt verwendet.

Welches Verfahren in einer Berechnungssoftware implementiert ist, ist für den Anwender letztlich unerheblich. Entscheidend für eine erfolgreiche Analyse sind andere Dinge: Eine angemessene Übertragung der realen Situation in das Modell einschließlich der Festlegung geeigneter Randbedingungen und die richtige Interpretation der Ergebnisse. Angemessen bedeutet so aufwändig wie nötig, aber so einfach wie möglich. Dies erfordert eine Abwägung zwischen resultierendem Informationsumfang und Genauigkeit auf der einen Seite und Rechen- und damit Kostenaufwand auf der anderen Seite. Eine angemessene Modellierung und die richtige Interpretation der Ergebnisse setzen Erfahrung und ein Verstehen der physikalischen Gesetzmäßigkeiten voraus.

Auf der Basis unserer Erfahrung mit der Anwendung physikalischer Mechanismen und mit numerischen Methoden bieten wir Ihnen numerische Berechnungen für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche:

• Strukturmechanische Berechnungen (Spannungen und Verformungen)
• Statische, transiente und dynamische Lastfälle
• Elastische und plastische Verformungen
• Temperaturspannungen
• Harmonische und Modal-Analysen
• Thermische Analysen - Berechnung von
• Temperaturfeldern und Wärmeströmen
• Konvektion und Wärmestrahlung
• statischen und zeitabhängigen Lastfällen
• Bewertung von Spannungen
• Festigkeitsnachweis nach Regelwerk (FKM-Richtlinie, ASME Boiler and Pressure Vessel Code)
• Strömungsberechnung (CFD)
• Strömungsfelder in Apparaten
• Umströmung von Körpern
• Stationäre und zeitabhängige Strömungen
• Mehrphasenströmung und Mischung von Stoffströmen
• Berechnung elektromagnetischer Felder

Numerische Berechnungen und Simulation sind zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die Entwicklung und Auslegung von Prozessen und Anlagenkomponenten geworden. Sie stellen eine wichtige und sinnvolle Ergänzung zu Versuchen dar und ersetzen mehr und mehr aufwändige Versuchsreihen. Sie sind für uns Werkzeug - ein wichtiger Bestandteil von Analysen, die wir in Ihrem Auftrag durchführen.
Für strukturmechanische und thermische Analysen verwenden wir vorwiegend ANSYS Mechanical, für Strömungssimulation (CFD) ANSYS Fluent und für die Berechnung elektromagnetischer Felder ANSYS HFSS.