Finite Elemente Methoden Anwendungen

Das Modul findet durchgehend im CIP-Pool bzw. an Rechnern statt

Dieses Modul bietet eine umfassende und praxisorientierte Einführung in die Finite-Elemente-Methode (FEM) mit Schwerpunkt auf Anwendungen in der Strukturmechanik. Der Kurs ist auf technische Anwendungen im Maschinenbau, Bauwesen sowie in der Luft- und Raumfahrt ausgerichtet und legt sowohl den Schwerpunkt auf die theoretischen Grundlagen als auch auf praktische Erfahrungen durch die intensive Nutzung der ANSYS-Software.
Zunächst werden Fachwerkstrukturen analysiert und anhand derer die Grundlagen der Diskretisierung, der Steifigkeitsformulierung und der Randbedingungen vermittelt. Anschließend führt der Kurs systematisch zu komplexeren Strukturmodellen, darunter Balken , Volumenkörper sowie Schalen- und Plattenelementen. Anhand angeleiteter Übungen lernen die Teilnehmenden, realistische Strukturen zu modellieren, Lasten und Stützen zu definieren und Simulationsergebnisse zuverlässig zu interpretieren.
In späteren Kapiteln erkunden die Teilnehmenden fortgeschrittenere Funktionen von ANSYS, wie z. B. die Automatisierung mit APDL-Skripten, parametrische Modellierung und eine kurze Einführung in benutzerdefinierte Materialmodelle. Am Ende des Kurses verfügen die Teilnehmenden über die erforderlichen Kenntnisse und Fähigkeiten, um eine breite Palette technischer Strukturen mithilfe moderner FEM-Tools selbstständig zu modellieren und zu analysieren .
Die Bewertung erfolgt durch individuelle Projektarbeit, bei der jeder Studierende selbstständig ein Strukturproblem mit ANSYS modelliert, simuliert und analysiert. Mit diesem Projekt demonstrieren die Studierenden das Verständnis der FEM-Prinzipien und ihre Fähigkeit, diese in der Praxis anwenden zu können.Dieser Kurs ist ideal für alle, die ihr FEM-Verständnis durch die direkte Anwendung auf technische Probleme vertiefen und ihre technischen Kenntnisse im simulationsbasierten Design verbessern möchten.
 
1. Einführung in FEM und Fachwerkelemente 
– Grundlagen der FEM, Steifigkeitsmatrizen, Modellierung und Analyse von Fachwerkstrukturen in ANSYS
2. Balkenelemente und Rahmenstrukturen 
– Balkentheorie, Rahmenmodellierung , Biege- und Schubspannungsanalyse
3. Festkörperelemente in 2D und 3D 
– Ebene Spannung/Dehnung, 3D-Festkörpervernetzung, Spannungsverteilung in Festkörpern
4. Platten und Schalenelemente 
– Schalentheorie, Modellierung dünner und dicker Platten, Druckbehälter und gekrümmter Strukturen
5. Praktische Überlegungen und fortgeschrittene Modellierung 
– Kontakt, Vernetzungsstrategien, Konvergenz, Randbedingungen
6. APDL-Skripting für die Automatisierung 
– Einführung in APDL, parametrische Modellierung, Automatisierung wiederkehrender Aufgaben
7. User Material Development (Einführung) 
– Überblick über ANSYS-Materialmodelle, benutzerdefinierte Eingaben und konzeptionelle Einführung in USERMAT

Die Studierenden sind nach Abschluss des Moduls in der Lage:

• grundlegene Numerik der FEM zu verstehen 
• eine FEM Berechnung in Ansys selbsttändig zu erstellen, durchzuführen und die Ergebnissgüte zu bewerten   
• Post-Processing verfahen zur Aufbereitung von Berechnungsergebnissen zu verstehen     
• Instabilitäten bzw. Fehler bei komplexeren Materialmodellen zu erkennen und verstehen   
• die Implementierung benutzerdefinerter Materialmodelle in Ansys nachzuvollziehen