Höhere Finite Elemente Methoden

11M1140

Master

Deutsch

5.0

Winter- und Sommersemester

1 Semester

Die Simulation mit der Finite Elemente Methode (FEM) ist im Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau ein weit verbreiteter Bestandteil des digitalen Zwillings. Die Methode ermöglicht Produkteigenschaften im Entwicklungsstadium zu berechnen und bildet damit die Basis für die Bewertung der Konstruktionen.  Um Forderungen der Wirtschaftlichkeit, des Ressourceneinsatzes und der Funktionalität gleichzeitig zu erfüllen, ist die grenzwertige Auslegung der Bauteile anzustreben. Die Berücksichtigung von physikalischen Nichtlinearitäten und dynamischen Effekten ist hierzu notwendig. Aufbauend auf der FEM für lineare Probleme werden die wesentlichen Phänomene der nichtlinearen Statik und der linearen Dynamik sowie deren Umsetzung in der FEM behandelt und an praktischen Beispielen verdeutlicht. Studierende lernen zu beurteilen, ob nichtlineare Phänomene in der Modellbildung berücksichtigt werden müssen und wie sie diese implementieren können. Sie sind in der Lage, Möglichkeiten und Grenzen der Methode zu erkennen und auf neue Situationen zu übertragen.

1. Einführung in die FEM

2. Nichtlineare Methoden der FEM

2.1. Nichtlineare Randbedingungen

2.2. Geometrische Nichtlinearität

2.3. Materialnichtlinearität

2.4 Lösungsverfahren für nichtlineare Gleichungssysteme

3. FEM in der Dynamik

3.1 Mechanische Grundlagen

3.2 Modellaufbau im FEM-Programm

3.3 Praxisbeispiele

4. Rechnerpraktikum

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

• Portfolio-Prüfungsleistung

Die Portfolio-Prüfung umfasst 100 Punkte und besteht aus einer Klausur (K1) und einer Hausarbeit. Mit der Klausur können maximal 30 Punkte erzielt werden, mit der Hausarbeit können maximal 70 Punkte erzielt werden.

• Portfolio-Prüfung:
  Hausarbeit: Die Hausaufgabe in Kleingruppen umfasst die praxisnahe Bearbeitung einer Themenstellung (Planen und Durchführen der Analysen, Erstellen einer schriftlichen Ausarbeitung im Umfang von ca. 20 Seiten sowie eine Präsentation der Ergebnisse).
  Klausur: siehe jeweils gültige Studienordnung

Für die erfolgreiche Teilnahme an dem Modul sind Vorkenntnisse in folgenden Bereichen empfehlenswert: Grundlagen der Finiten Elemente Methode, Mathematik, Mechanik, Werkstofftechnik, Konstruktionslehre, CAD

Die Studierenden können die theoretischen Zusammenhänge der FEM darstellen. Dabei sind sie in der Lage zu erklären, welchen Einfluss Nichtlinearitäten haben und wie dynamische Effekte zu berücksichtigen sind. Sie können nichtlineares Materialverhalten definieren und nichtlineare Randbedingungen modellieren.

Die Studierenden sind in der Lage den Einfluss von nichtlinearen und dynamischen Phänomenen zu bewerten und daraus Schlüsse für die Modellbildung zu ziehen. Sie sind in der Lage geeignete Lösungsalgorithmen für nichtlineare Systeme auszuwählen und dies in Berechnungen zu demonstrieren. Die Studierenden können eine praxisnahe Aufgabenstellung unter Anwendung ihres Fachwissens bearbeiten, Berechnungsergebnisse vor dem Hintergrund der Bauteiloptimiereung diskutieren und in Zusammenhang mit den mechanischen Grundlagen bringen. Sie können die Wahl von Lösungswegen auf Grund ihrer Fachkenntnisse begründen.

Die Studierenden können die Aussagekraft komplexer FEM-Simulationen unter Berücksichtigung von Nichtlinearitäten und dynamischer Phänomene in Bezug auf die Aufgabenstellung unter Berücksichtgung von Aspekten guter wissenschaftlicher Praxis und auf Grund ihres Fachwissens beurteilen.  

Die Studierenden können nichtlineare FEM-Analysen in einem üblichen Softwarepaket unter Berücksichtigung von Materialnichtlinearitäten, geometrischen Nichtlinearitäten und nichtlinearen Randbedingungen durchführen. Sie können das Eigenschwingverhalten von Baugruppen analysieren, bewerten und theoriegestützte Optimierungsansätze ableiten.

Die Studierenden können ausgehend von einer technischen Problemstellung eines Produktes, geeignete Forschungsfragen formulieren, die auf die technischen Ursachen der Probleme abzielen und dabei die Möglichkeiten der FEM zum Einsatz bringen.

Studierende können in kleinen Teams Problemstellungen analysieren, Lösungen erarbeiten und die Ergebnisse schriftlich und mündlich gegenüber anderen Studierenden und Experten kommunizieren. Sie können Informationen von externen Organisationen und aus der Forschungsliteratur beschaffen, bewerten und für die eigene Arbeit nutzbar machen. Die Studierenden können sich als Kleingruppe organisieren hinsichtlich Projektmanagement, Teamorganisation und agilem Management.

• Forstmann, Jochen

• Schmehmann, Alexander
• Forstmann, Jochen
• Richter, Christoph Hermann