Berechnungsmethoden

Finite-Elemente-Analyse

Bei der Finite-Elemente-Analyse (FEA) handelt es sich um ein numerisches Verfahren zur Lösung von Differentialgleichungen. Dabei wird das Berechnungsgebiet in eine bestimmte Anzahl finiter (endlicher) Elemente zerlegt innerhalb derer Ansatzfunktionen definiert werden. Auf diese Weise können Strukturanalysen und Festigkeitsberechnungen auch für Bauteile, welche aufgrund ihrer komplexen Geometrie analytisch nicht mehr handhabbar sind, durchgeführt werden.

Mögliche Anwendungsgebiete sind:

  • Strukturanalysen und Festigkeitsberechnungen zur Ermittlung von Spannungen und Verformungen an Bauteilen unter definierten Betriebszuständen
  • Lebensdauerrechnung zur gezielten Bauteildimensionierung
  • Optimierung von Bauteilen in Bezug auf ihr Gewicht bzw. den resultierenden Material- und Produktionskosten
  • Variantenanalysen zur Überprüfung der Eignung alternativer Werkstoffe
  • Vibrationsrechnung um Eigenfrequenzen der Struktur bereits in der Konstruktionsphase zu erkennen und diese zu vermeiden (Bsp. Waschmaschine) oder zu nutzen (Bsp. Stimmgabel)
  • Transferpfad-Analysen zur Untersuchung der Ausbreitung und Einleitung von Körperschall

 

Computational fluid dynamics

Die Abkürzung CFD steht für „computational fluid dynamics“ und bezeichnet eine numerische Methode in der Strömungsmechanik. Mit ihr können beispielsweise Widerstandsbeiwerte von umströmten Körpern ermittelt werden um anschließend Vorschläge für deren Geometrieoptimierung ausarbeiten zu können. Auch die Simulation von durchströmten Geometrien kann mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik durchgeführt werden.

Mögliche Anwendungsgebiete sind:

  • Akustische Berechnungen um den Schalldruckpegel in Räumen bzw. Fahrgastzellen zu reduzieren oder die dominanten Schallabstrahlungsbereiche zu identifizieren
  • Entwicklung und Optimierung von strömungstechnischen Komponenten bezüglich des auftretenden Luftwiderstandsbeiwertes
  • Berechnung der idealen Position von Heizungs-, Lüftungs-  und Klimakomponenten um beispielsweise eine möglichst homogene Temperaturverteilung zu erreichen ohne definierte Strömungsgeschwindigkeiten zu überschreiten

 

Mehrkörpersimulation

Die Mehrkörpersimulation (MKS, engl.: MBS) ist eine numerische Berechnungsmethode, um vorwiegend das kinematische und dynamische Verhalten von realen Systemen aus mehreren Körpern abzuleiten. In der konventionellen Mehrkörpersimulation werden diese Körper als vollkommen starr betrachtet und durch verschiedenste Elemente wie beispielsweise Drehgelenke oder Zylinderführungen miteinander verbunden. Mit Hilfe von Kontaktdefinitionen zwischen den Körpern ist es auch möglich Kollisionsvorgänge zu simulieren und die dabei auftretenden Reaktionskräfte oder Beschleunigungswerte zu analysieren. Durch eine Kopplung der Mehrkörpersimulation mit einer FE-Berechnung kann beispielsweise die Beanspruchung eines Bauteils während eines dynamischen Vorgangs ermittelt werden.

Der mögliche Anwendungsbereich für Mehrkörpersimulationen reicht von der Berechnung einfacher Pendelmechanismen bis hin zur Simulation von Gesamtfahrzeugsystemen und Verkehrsunfällen.