FEM Grundlagen und Anwendungen der Finite-Element-Methode im Maschinen- und Fahrzeugbau ; mit 12 Fallstudien und 19 Übungsaufgaben

Die virtuelle Produktentwicklung am Rechner ist heute Realität geworden. Methodisch führt dies zur Verknüpfung von 3-D-CAD, MKS, FEM, STRUOPT und Rapid-Prototyping. Hiermit sind die Ingenieure gefordert, rechnerunterstützte Arbeitstechniken gründlich zu erlernen. Kern der CAE-Technik ist die Finite-Element-Methode (FEM), die als universelles Analysewerkzeug tiefe Einblicke in die Elastik, Dynamik, Kinematik/Kinetik sowie das thermische bzw. strömungsmechanische Verhalten von Bauteilen und Systemen ermöglicht. Auf Basis dieser Simulationen sind sichere Vorauslegungen möglich womit sich Innovationszeiten und Erprobungen verkürzen lassen. Über die Zeit- und Kostenersparnis amortisieren sich FEM Anwendungen oft sehr schnell. Der Inhalt · Grundlagen der FEM · Verständnis des Ablaufs und der programmtechnischen Realisierung · Elementbeschreibung, Konvergenzverhalten, Vernetzung und Gleichungslösung · Lösung von linearen und nichtlinearen Festigkeitsproblemen · exemplarische Behandlung von Mehrkörperstrukturen (MKS), Dynamik, Wärmeübertragung und Multiphysik sowie · Anwendungsregeln, Fehlervermeidung und QS von Ergebnissen Zu allen Problemstellungen werden gelöste Fallstudien sowie Verständnisaufgaben behandelt. Front Matter....Pages I-XIII Einführung....Pages 1-10 Anwendungsfelder und Software....Pages 11-15 Grundgleichungen der linearen Finite-Element-Methode....Pages 16-33 Die Matrix-Steifigkeitsmethode....Pages 34-40 Das Konzept der Finite-Element-Methode....Pages 41-88 Wahl der Ansatzfunktionen....Pages 89-92 Elementkatalog für elastostatische Probleme....Pages 93-181 Kontaktprobleme....Pages 182-201 FEM-Ansatz für dynamische Probleme....Pages 202-246 Grundgleichungen der nichtlinearen Finite-Element-Methode....Pages 247-265 Wärmeübertragungsprobleme....Pages 266-278 Mehrkörpersysteme....Pages 279-296 Bauteiloptimierung....Pages 297-305 Grundregeln der FEM-Anwendung....Pages 306-321 Back Matter....Pages 322-406 Die CAE-Technik als integratives Verfahren zum Konstruieren und Berechnen verändert derzeit die Arbeitsweise der Ingenieure. Als universelles Lösungsverfahren hat sich die Finite-Elemente-Methode bewährt, die in der Elastostatik, Elastodynamik, Wärmeleitung und Strömungsmechanik anwendbar ist.