Bei Maschinenteilen und Tragwerken mit einfacher Geometrie lassen sich Beanspruchungen rasch ermitteln – meist reichen Formeln und Handrechnungen. Nicht so bei komplexen Bauteilen: Hier sind numerische Simulationen erforderlich, um seriöse Erkenntnisse über die Festigkeit zu erlangen. Genau das ermöglicht die Finite-Elemente-Analyse (FE-Analyse): Mit ihr lässt sich die Festigkeit von Bauteilen ausreichend exakt ermitteln. Dazu teilen wir Ihr Bauteil rechnerisch in kleine Teilkörper – «finite Elemente» – auf. Als Grundlage dient vorzugsweise ein CAD-Geometriemodell.
Die Beanspruchung der so entstehenden, kleinstrukturierten Geometrien lassen sich analytisch berechnen. Der Schritt von den finiten Elementen zum Bauteil gelingt mittels numerischer Integration und computergerecht formulierter Addition der Steifigkeit der einzelnen finiten Elemente zur Steifigkeitsmatrix des Bauteils. Das daraus entstehende Gleichungssystem besteht oft aus mehreren Millionen Unbekannten. Leistungsfähige Computer können solche Aufgaben lösen und aussagekräftige Ergebnisse liefern.Ob Temperaturen oder Dehnungen, Druck oder Zugkräfte: Die FE-Analyse gibt Aufschluss über die physikalischen Vorgänge in einem Festkörper. So lassen sich auftretende Spannungen sowie die Wärmeverteilung in einem Festkörper relativ genau quantifizieren.
Ein grafisches Modell verdeutlicht am Schluss die Resultate der Analyse. Anhand von Einfärbungen sind kritische Bereiche eines Bauteils sofort erkennbar. Zum Beispiel können Blau- und Grüntöne stabile Zonen kennzeichnen, während orange bis hellrote Bereiche für erhöhte Belastungen stehen. Und sattes Rot kann dazu dienen, Hotspots zu hervorzuheben. An solchen «heissen» Zonen könnte die Festigkeit definitiv nicht mehr ausreichend sein.
Bauteile lassen sich aufgrund dieser Erkenntnisse schon im Konstruktionsprozess optimieren – was Zeit spart und Entwicklungskosten reduziert! Zudem dienen die Ergebnisse der Analyse als Beleg für die Sicherheit eines Bauteils.
