Finite-Elemente-Simulationen, Hochschule für Technik und Umwelt FHNW

Die Simulation ist ein wirkungsvolles Tool, um relativ früh im Produktentwicklungsprozess die Eignung bestimmter Konzepte oder Varianten zu beurteilen. Das gesamte Verhalten eines Bauteils (bzw. einer Baugruppe) ist der Simulation zugänglich: das strukturmechanische, das thermische, das fluidmechanische und auch das elektromechanische oder chemische oder beliebige Kopplungen dieser Felder. Es ist jedoch nie das Ziel, mit Simulation jedes Detail des Bauteilverhaltens in grösstmöglicher Realitätstreue abzubilden. Vielmehr geht es darum, möglichst effizient eine Aussage von für die Anwendung genügender Genauigkeit zu erhalten.

Im Zentrum stehen Finite-Elemente-Simulationen (FE-Analysen, Computational-Structural-Mechanics-Simulationen (CSM)), aber auch Computational-Fluid-Dynamics-Simulationen (CFD) werden durchgeführt. In Bezug auf FE-Simulationen werden neben linearen strukturmechanischen und/oder thermischen Berechnungen vor allem auch nichtlineare Aufgabenstellungen bearbeitet. Solche Nichtlinearitäten treten auf zum Beispiel bei elastisch-plastischem oder viskoelastischem Materialverhalten, grossen Verformungen, bei der Kopplung mehrerer Felder (thermo-elektro-mechanisches Verhalten etc.) oder beim Einbezug von Schädigungsmechanismen und Bruchverhalten.

Eine Simulation für sich allein stellt jedoch noch keinen Nutzen dar. Erst wenn die Simulation validiert ist, d.h. ihre Resultate mit Messungen erfolgreich verglichen worden sind, bringt sie den benötigten Mehrwert. Die Simulation ist deshalb sehr eng an Experimente gebunden. Ein grosser Vorteil des Institut für Produkt- und Produktionsengineering ist die vielfältige experimentelle Infrastruktur für mechanische Bauteilprüfung und Werkstoffanalytik. Somit kann zum Beispiel eine Bruchlast, eine Eigenfrequenz, oder ein Kraft-Weg-Profil eines Umformvorganges in kürzester Zeit gemessen und FE-Ergebnisse damit validiert werden.

Am Institut für Produkt- und Produktionsengineering werden in erster Linie die FE-Programme NX-Nastran, ADINA, ABAQUS und ANSYS eingesetzt.