• Burkhard Lege
  • Prof. Dr. Burkhard Lege

    Prodekan MK, Studiendekan MKE, Zulassung MKE

  • Raum H 104
    +49 7531 206-309
    lege@htwg-konstanz.de

FEM-Verbundlabor

Verbundlabor für numerische Simulation

Das FEM-Labor wurde Ende 2013 gegründet, um die vielfältigen Forschungsaufgaben und Aktivitäten in der Lehre der Fakultät Maschinenbau im Bereich Finite-Elemente-Simulation zu bündeln. Das Arbeitsgebiet des Labors reicht von Strukturanalysen, Festigkeitsanalysen, dynamischen Berechnungen bis hin zur Strömungssimulation mit finiten Elementen und finiten Volumen.

Das FEM-Labor ist auf folgenden Gebieten aktiv:

  • Laborausbildung der Studenten aus den Studiengängen MKE, MEP, VUB, ASE, MME und WIM
  • FEM-Berechnungen im Bereich Strukturmechanik und Strömungsmechanik
  • Grundlagenschulungen im Bereich FEM

Die angebotenen Dienstleistungen und Schulungen werden von Professoren der Hochschule (siehe Team) durchgeführt. Die gute hochschulinterne Zusammenarbeit ermöglicht es dem Labor weiterhin auf Know-How vieler anderer Labore und Experten der Hochschule zurückzugreifen.

Was ist FEM?

Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ist ein numerisches Verfahren zur näherungsweisen Lösung von Differentialgleichungen (z.B. Differentialgleichung der Elastizitätstheorie in der Strukturmechanik). Das zu untersuchende Berechnungsgebiet wird in eine beliebig große Anzahl von endlich kleinen (finiten) Elementen unterteilt. Es werden für jedes Element Ansatzfunktionen definiert. Diese Ansatzfunktionen setzt man in die zu lösende Differentialgleichung ein. Man erhält zusammen mit den Anfangs-, Rand- und Übergangsbedingungen ein Gleichungssystem, welches numerisch gelöst wird.

In den letzten Jahrzehnten hat sich die numerischen Simulation auch dank der Computerentwicklung zu einem unverzichtbaren Werkzeug im Ingenieurwesen entwickelt. Sie dient der Berechnung und Analyse komplexer Bauteile und Baugruppen. Standardeinsatzgebiete sind unter anderem Festigkeitsberechnungen, Schwingungsanalysen und Stabilitätsanalysen von Bauteilen und Baugruppen.

Was ist CFD?

CFD (englisch: Computational Fluid Dynamics) ist eine Methode der numerischen Strömungsmechanik.  Anhand dieser Methode können Innenströmungen und Strömungen um Körper simuliert und analysiert werden. Hierzu wird ein CAD-Modell der zu untersuchenden Geometrie erstellt und mit Tetraedern oder Hexaedern vernetzt. Für jede entstandene Zelle gelten Erhaltungsgleichungen (Navier-Stokes-Gleichungen). Das entstandene Gleichungssystem wird unter der Berücksichtigung von Randbedingungen (z.B. Strömungsgeschwindigkeiten, Drücke, Temperatur, etc.) iterativ berechnet.

Dienstleistungen

Das FEM-Labor bietet Berechnungsdienstleistungen in den Gebieten Strukturmechanik und Strömungsmechanik an.

Strukturmechanik

  • Festigkeitsberechnung
  • Statische Festigkeit & Ermüdungsfestigkeit
  • Bruchmechanische Untersuchungen
  • Festigkeitsnachweise nach FKM
  • Berechnung von Verbindungselementen
  • Schrauben- & Schweißnahtberechnung
  • Konstruktive Optimierungsberechnungen
  • Parameter-, Form- und Gestaltoptimierung
  • Strukturdynamische Berechnungen
  • Modalanalyse & Harmonische Analyse
  • Rotordynamische Berechnungen
  • Kritische Drehzahlen & Transiente Berechnungen
  • Aufträge zum Thema Strukturmechanik fallen in die Verantwortung von Prof. Dr. Lazar Boškovic und Prof. Dr. Burkhard Lege

Strömungsmechanik (CFD)

  • Simulation und Optimierung strömungstechnischer Prozesse
  • Simulation, Design und ReDesign von Turbomaschinen und deren Komponenten
  • Best-Practice-Guidelines für CFD-Berechnungen
  • Aufträge im Bereich Strömungsmechanik (CFD – Computational Fluid Dynamics) liegen in der Verantwortung von Prof. Dr. Andreas Lohmberg