FEM - Einführung in die FE-Methode

General information

Course Name

Einführung in die FE-Methode

English Course name

Introduction in Finite-Element-Method

Course code

FEM

Lecturer(s)

Prof.Dr. Keindorf, Christian (christian.keindorf@haw-kiel.de)

Occurrence frequency

Module occurrence

In der Regel im Sommersemester

Language

Deutsch

Relations of this course to published module descriptions and their study program assignments

Modules in which this course is compulsory

Module	Study Subject	Study Specialization	Study Focus	Semester
Spezielle Kapitel der Festigkeitslehre Selected Chapters of Strength of Materials	B.Eng. - EOE - Erneuerbare Offshore Energien			1 2 3 4 5 6
Spezielle Kapitel der Festigkeitslehre Selected Chapters of Strength of Materials	B.Eng. - EOE - Erneuerbare Offshore Energien (7 Sem.)			1 2 3 4 5 6 7

Modules in which this coursee is available for election

Module	Study Subject	Semester
Spezielle Kapitel aus dem Maschinenbau Selected Chapters of Mechanical Engineering	B.Eng. - MB - Maschinenbau	1 2 3 4 5 6
Spezielle Kapitel aus dem Maschinenbau Selected Chapters of Mechanical Engineering	B.Eng. - MB - Maschinenbau (7 Sem.)	1 2 3 4 5 6 7
Spezielle Kapitel der Festigkeitslehre Selected Chapters of Strength of Materials	B.Eng. - EOE - Erneuerbare Offshore Energien	1 2 3 4 5 6
Spezielle Kapitel der Festigkeitslehre Selected Chapters of Strength of Materials	B.Eng. - EOE - Erneuerbare Offshore Energien (7 Sem.)	1 2 3 4 5 6 7
Spezielle Kapitel aus dem Maschinenbau Special Chapters of Mechanical Engineering	B.Eng. - SB - Schiffbau und Maritime Technik (7 Sem.)	1 2 3 4 5 6 7
Spezielle Kapitel aus dem Maschinenbau Special Chapters of Mechanical Engineering	B.Eng. - SB - Schiffbau und Maritime Technik (6 Sem.)	1 2 3 4 5 6

Qualification outcome

Areas of Competence: Knowledge and Understanding; Use, application and generation of knowledge; Communication and cooperation; Scientific self-understanding / professionalism.

Aufbauend auf den Kenntnissen für Statik und Mathematik werden die Grundlagen für die Finite Elemente Methode vermittelt. Die Studierenden verstehen, wie ein Gleichungssystem mit der Finiten-Element-Methode aufgebaut werden muss. Sie wissen, was ein Lastvektor, Deformationsvektor ist und können eine Steifigkeitsmatrix für ein einfaches Finite-Element-Modell erstellen. Sie kennen die Eingangsgrößen, die definiert werden müssen, um ein Gleichungssystem aufstellen zu können und damit die Lösung für die unbekannten Größen (Freiheitsgrade) rechnerisch zu ermitteln. Sie wissen was eine Ansatzfunktion für unbekannte Verschiebungen und Rotationen eines statischen Systems sind.

Die Teilnehmer kennen nach erfolgreicher Teilnahme die Möglichkeiten und auch die Grenzen des Einsatzes der Finiten-Element-Methode (FEM) zur Berechnung strukturmechanischer Bauteile. Sie können geeignete Elemente auswählen, sinnvolle FE-Netze erzeugen, realitätsnahe Lagerungs- und Lastbedingungen definieren und die Ergebnisse kritisch beurteilen. Bei der Bearbeitung der Übungsaufgaben wenden die Teilnehmer die physikalischen Grundlagen der FEM an konkreten Modellen an. Sie sind in der Lage, die FE-Methode für Stabwerke, Balkensysteme sowie einfache Konstruktionen in 2D und 3D anzuwenden. Sie erzeugen neue Modelle und wenden sowohl statische als auch dynamische Analysen an.

Die praktischen Übungen erfolgen am PC mit Hilfe einer FE-Software. In den Gruppenübungen kommunizieren und kooperieren die Studierenden, um Fragestellungen zu verbalisieren und die Aufgabenstellungen mit Hilfe der Finiten-Element-Methode im Team zu bearbeiten sowie den Lösungsweg/Ergebnisse zu diskutieren. Sie reflektieren und berücksichtigen unterschiedliche Sichtweisen und Interessen anderer Kursteilnehmer.

Die Studierenden begründen das eigene Handeln mit theoretischem und methodischem Wissen im Bereich der numerischen Simulationen (Teilgebiet: FEM). Sie reflektieren ihr berufliches Handeln kritisch in Bezug auf gesellschaftliche Erwartungen und Folgen. Sie erkennen Fehler beim Aufbau von FE-Modellen und können Berechnungsergebnisse u.a. von EDV-Programmen kritisch hinterfragen.

Content information

Content

- Physikalische Grundlagen der Finiten-Element-Methode werden erklärt
- Eigenschaften von finiten Elementtypen in 1D, 2D und 3D werden vorgestellt
- Ansatzfunktionen für die unbekannten Freiheitsgrade werden erläutert
- Erzeugen von einfachen FE-Modellen in 2D und 3D für strukturmechanische Aufgaben
- Einfluss der Vernetzung auf die Ergebnisqualität wird diskutiert
- Definition von Last- und Lagerungsbedingungen bei einfachen Konstruktionsbeispielen
- lineare und nicht-lineare Berechnungen (Biegung, Plastizität, Vorspannung, Reibung, Knicken)
- numerische Simulationen im Zeit- und Frequenzbereich (Ermittlung von Eigenfrequenzen)
- Stabilitätsanalyse für einen Knickstab
- Darstellung von Ergebnissen (Verformungen, Spannungen, Dehnungen, Auflagerreaktionen etc.)
- Plausibilitätsprüfung mit Hilfe von analytischen Ansätzen aus der Fachliteratur

Literature

Müller, G.; Groth, C.: FEM für Praktiker, Band 1: Grundlagen, 8. Auflage, Expert-Verlag, 2007.
Gebhardt, C.: Praxisbuch FEM mit ANSYS Workbench: Einführung in die lineare und nichtlineare Mechanik, Carl Hanser Verlag, 2011.
Rieg, F.; Hackenschmidt, R.; Alber-Laukant, B.: Finite Elemente Analyse für Ingenieure, 5. Auflage, Carl Hanser Verlag, 2014.
Fröhlich, P.: FEM-Anwendungspraxis, 1.Auflage, Vieweg Verlag, 2005.
Huei-Huang, L.: Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 14, SDC Publications.
Keindorf, C.: unveröffentlichtes Vorlesungs- und Übungsskript, Englisch, FH Kiel, 2019.

Teaching format

Teaching format	SWS
Lehrvortrag + Übung	2

Miscellaneous

Die Unterlagen zur Vorlesung und Übung sind auf Englisch. Die Kurssprache ist jedoch Deutsch. Die Prüfungsform wird in der ersten Vorlesung bekanntgegeben.

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