Festigkeitsnachweise mittels Finite-Elemente-Simulation (FEM)

Die Methode der Finiten Elemente (FEM) ist ein nummerisches, iteratives Verfahren, welches im Ergebnis die Verformung und daraus ableitend die Spannungen in einem Bauteil bzw. in einer Baugruppe wiedergibt. Die Softwarebasis für meine Berechnungen bildet der FEM-Aufsatz von Autodesk Inventor-Professional.

Im ersten Schritt meiner Berechnungs-Methodik implementiere ich die vom Kunden zur Verfügung gestellten Modelle in mein 3D-Berechnungssystem (FEM-Berechnungsprogramm) und weise ihnen definierte Werkstoffkennwerte zu. Alternativ können auch auf der Basis von Kunden-dokumentationen 3D-Modelle durch mich generiert werden. Eine weitere Möglichkeit zur notwendigen Erzeugung eines 3D-Modells wäre das Vermessen oder 3D-scannen eines schon vorhandenen Bauteils bzw. einer Baugruppe.

Im nächsten Schritt gilt es, die Belastungen, Drücke und Kräfte zu definieren und diese mit Lage und Vektor in das FEM-Berechnungsprogramm zu übertragen. Anschließend werden die äußeren Einspannbedingungen (externe Kontakte) der Bauteile/Baugruppen festgelegt, welche die praktischen Einbausituationen widerspiegeln. Sind mehrere Bauteile in einem Modell zu einer Baugruppe vereint sein, müssen innere, der praktischen Einbau- und Montagesituation entsprechende Kontakte definiert werden. Anschließend werden allgemeine und lokal Netzansichten eingestellt, um letztendlich die Simulation starten zu können.

Oft liefern erste Simulations-Ergebnisse keine plausiblen und verlässlichen Aussagen hinsichtlich der zu erwartenden Spannungen. Der Berechnungs-Algorithmus muss vielfach wiederholt und im Detail angepasst werden. Das finale Ergebnis der Berechnung bezüglich Spannungen und Verformungen stellt letztendlich die Basis für die Aussage dar, ob die erforderliche Festigkeit der untersuchten Konstruktion gegeben ist und deren Verformungen im zulässigen Bereich liegt.

Neben meiner ingenieurtechnischen Auswertung von Festigkeiten und Verformungen, erlauben die FEM-Berechnungsergebnisse auch dahingehend eine Aussage, ob und in welchen Bereichen der Bauteile es zu Materialeinsparungen kommen kann und somit eine Kostenoptimierung Ihrer Produkte gegeben ist.