Finite-Elemente-Analyse (FEA) ist der Prozess der Vorhersage des Objektverhaltens basierend auf Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM). Während FEM ein mathematisches Verfahren ist, interpretiert FEA die Ergebnisse der FEM. FEA gibt Ingenieuren Einblicke in komplexe Systeme und Strukturen und hilft ihnen, fundiertere Konstruktionsentscheidungen zu treffen.

FEM nutzt Mathematik, um komplexe Systeme in kleinere, einfachere Teile oder „Elemente“ zu zerlegen. Anschließend werden Differentialgleichungen auf jedes Element einzeln angewendet. Dabei wird die Leistungsfähigkeit von Computern genutzt, um technische Probleme zu zerlegen und zu lösen.

FEA ist die Anwendung von FEM-Gleichungen und bildet die Grundlage vieler Arten von Simulationssoftware. Sie dient der sicheren, schnellen und kostengünstigen Validierung und Prüfung von Designs durch die Erstellung virtueller Modelle realer Anlagen.

Mithilfe der Finite-Elemente-Modellierung lässt sich die physische Welt simulieren, ohne dass der Bau physischer Prototypen mit Kosten, Zeit und Risiken verbunden ist. Diese Modelle werden zur Lösung verschiedener Bedingungen und Szenarien in zahlreichen Branchen eingesetzt, insbesondere in komplexen oder risikoreichen Umgebungen wie der Luft- und Raumfahrt und der Biomechanik.

Was sind die Vorteile der FEA?

Ingenieure stehen vor enormen Herausforderungen bei der Entwicklung von Lösungen, die den sich wandelnden Bedürfnissen von Mensch und Umwelt gerecht werden. Um unbegrenzte Szenarien und Bedingungen zu untersuchen, verlassen sie sich auf die Flexibilität der FEA. Mit FEA ist es möglich, Geometrien beliebiger Form (vom quadratischen Block bis zum menschlichen Herzen), in jeder Größe (vom Nanomaßstab bis zum großen Passagierflugzeug) und mit jeder Art von Physik (Wärmeübertragung, Strömungsdynamik, Strukturmechanik usw.) zu modellieren. Grundsätzlich gilt: Solange Sie eine partielle Differentialgleichung haben, können Sie FEA verwenden.

Zu den Vorteilen der FEA gehören:

Bewerten Sie komplexe Geometrien: Mithilfe der FEA können Sie komplizierte Strukturen analysieren, deren Auswertung sonst schwierig oder unmöglich wäre.

Simulieren Sie eine Reihe physikalischer Probleme: Mit FEA können Ingenieure mehrere physikalische Probleme gleichzeitig modellieren.

Sparen Sie Zeit, Geld und Ressourcen: FEA reduziert den Bedarf an physischem Prototyping, sodass Ingenieure die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistung eines Designs bewerten können, bevor es überhaupt gebaut wird.

JSTs Beispiele für die Finite-Elemente-Analyse

Statische Strukturanalyse

Analysieren Sie die Beziehung zwischen Produkttemperatur und Formtemperatur und -zeit. Geben Sie Vorschläge für den Vulkanisationsprozess.

Analyse des Gummiteils des Produkts, Drucksteifigkeits- und Spannungsanalyse