Lineare und nichtlineare FEM - Detailansicht

In diesem Modul werden die Inhalte zu linearer und nichtlinearer FEM inklusive der entsprechenden Theorien zur Höheren
Technischen Mechanik behandelt.
Bestandteile der Höheren Technischen Mechanik sind:
- Lineare Elastizitätstheorie
- Plastizitätstheorie
- Grundlagen zu geometrischer Nichtlinearität
Bestandteile der linearen und nichtlinearen FEM sind:
- Grundprinzip linearer FEM anhand einfacher Elementtypen (Stab, Balken)
- Elementtypen
- Vernetzung und Lasteinleitung
- Festigkeitsbewertung
- Kontakt (nichtlineare FEM)
- Schraubenmodellierung (nichtlineare FEM)
- Geometrische Nichtlinearitäten (nichtlineare FEM)
- FEM in der Umformsimulation (nichtlineare FEM)
- Durchführung von Parameterstudien und -optimierungen
Die lineare und nichtlineare FEM wird zusätzlich durch die praktische Anwendung mit kommerzieller FEM-Software vertieft.
Hierzu gehören z.B. Übungen zu den folgenden Themen:
- Aufbau und Auswertung von Strukturen mit 1D-, 2D- und 3D-Elementen
- Aufbau und Auswertung von Strukturen aus mehreren Bauteilen unter Berücksichtigung von Nichtlinearitäten (v.a.
Kontakt)
- Aufbau und Auswertung von Umformsimulationen unter Berücksichtigung sämtlicher Nichtlinearitäten
- Durchführung und Auswertung von Parameterstudien und -optimierungen

- Birkert, A.; Haage, S.; Straub, M.: Umformtechnische Herstellung komplexer Karosserieteile. Springer Vieweg; 2013.
- Dankert, J.; Dankert, H.: Technische Mechanik – Statik, Festigkeitslehre, Kinematik/Kinetik. Springer Vieweg; 2013.
- Gross, Hauger, Wriggers: Technische Mechanik 4: Hydromechanik, Elemente der Höheren Mechanik, Numerische Methoden. Springer Vieweg; 2023.
- Klein, B.: FEM. Springer Vieweg; 2015.
- Rieg, F.; Hackenschmidt, R.; Alber-Laukant, B.: Finite Element Analysis for Engineers. Hanser; 2014.
- Rösler, Harders, Bäker: Mechanisches Verhalten der Werkstoffe. Springer Vieweg; 2019.
- Rust, W.: Nichtlineare Finite-Elemente-Berechnungen. Springer Vieweg; 2016.
- Siegert, K. (Hrsg.): Blechumformung. Springer Vieweg; 2015.
- Wagner, M.: Lineare und nichtlineare FEM - Eine Einführung mit Anwendungen in der Umformsimulation mit LS-DYNA®. Springer Vieweg; 2022.

Wissen und Verstehen: Vertiefung einzelner Bestandteile des Wissens
Die Absolventinnen und Absolventen können die Grundlagen der linearen Elastizitätstheorie für 3D-Strukturen erläutern und die Theorien für Linien- und Flächentragwerke inklusive der Anwendung auf Beulrechnungen erläutern. Sie können die theoretischen Grundlagen der Finite Elemente Methode inklusive des Ablaufes einer FEM-Berechnung erläutern und darstellen, wie FEM-Ergebnisse zustande kommen. Sie sind in der Lage die theoretischen Hintergründe zu Umformsimulationen zu diskutieren die theoretischen Hintergründe zu Parameterstudien und -optimierungen aufzuzeigen.

Einsatz, Anwendung und Erzeugung von Wissen/Kunst: Nutzung und Transfer
Die Absolventinnen und Absolventen können konkrete Problemstellungen mit Hilfe der linearen Elastizitätstheorie für 3D-Strukturen lösen und Probleme mit Hilfe der Theorien verschiedener Linien- und Flächentragwerke inklusive der Beulrechnung aufzeigen. Sie können einfache Aufgaben der Elastostatik mit Hilfe der Finite Elemente Methode lösen und strukturmechanische Problemstellungen mit kommerzieller FEM-Software bewältigen (Praktikum). Die Absolventinnen und Absolventen sind in der Lage FEM-Ergebnisse zu interpretieren und zu bewerten. Sie können Umformsimulationen sowie Parameterstudien und -optimierungen mit kommerzieller Software durchführen, interpretieren und auswerten.

Kommunikation und Kooperation
Die erworbene Kompetenz im Bereich der Kommunikation ist das Erstellen von Berechnungsberichten nach wissenschaftlichen Grundsätzen. Sie wird durch die praktische Arbeit unterstützt, da die Studierenden untereinander und mit dem Dozenten fachliche Diskussionen führen.

Wissenschaftliches / künstlerisches Selbstverständnis und Professionalität
Die Absolventinnen und Absolventen erwerben insbesondere bei der Bearbeitung der Praktischen Arbeiten einen hohen Grad an Professionalität bei der Durchführung numerischer Berechnungsaufgaben, wie sie (wenn auch in anderem Umfang) auch in der industriellen Praxis vorkommen. Zur Lösung ingenieurwissenschaftlicher Berechnungsaufgaben gehört dabei insbesondere das gewissenhafte Durchführen einer Berechnung, was Modellaufbau, Berechnung, Auswertung und Modellkontrolle/-validierung beinhaltet. Sie eignen sich außerdem außerdem die Fähigkeit an, Ihren Lernprozess selbst zu steuern (Zeitplanung, Selbststudiumsfähigkeiten), so wie es im Beruf später auch verlangt wird.

Grundlagen aus dem Bachelorstudium in den Bereichen Technische Mechanik und Mathematik

Benotete Prüfungsleistung: Portfolioprüfung (Digitale Prüfung/Klausur (120 min) und Praktische Arbeit; Details werden in der Veranstaltung und in Moodle bekanntgegeben.)

Modulprüfung: "Lineare und nichtlineare FEM" und "Praktikum lineare und nichtlineare FEM"

Zugelassene Hilfsmittel für die digitale Prüfung/Klausur (siehe auch Details in Moodle):

-Teil 1 (45 min): Zur Verfügung gestellte Formelsammlung (Umfang 2 DIN A4 Blätter beidseitig bedruckt/beschrieben; Querformat ohne Skalierung; Ergänzungen/Notizen sind erlaubt); Die Formelsammlung muss selbst zur Klausur mitgebracht werden!

-Teil 2 (75 min): alle (außer Smartphones und Kommunikation untereinander oder mit anderen Personen)