Welche physikalischen Phänomene können mit FEM simuliert werden?

Mechanik / Strukturmechanik

• Spannungen, Dehnungen, Verformungen
• Elastizität, Plastizität, Kriechen
• Bruchmechanik und Rissausbreitung
• Kontaktprobleme, Reibung
• Zentrale Disziplin z. B. im Maschinenbau, Automobil, Bauwesen

Thermik / Wärmeleitung

• Stationäre und instationäre Wärmeleitung
• Konvektion und Wärmestrahlung (vereinfachend oder gekoppelt mit einer CFD-Analyse)
• Thermische Ausdehnung von Materialien
• Wichtig bei Elektronikbauteilen, Motoren, Getrieben, Gehäusen
• Berücksichtigung von thermomechanischen Zwängen

Schwingungen / Dynamik

• Eigenfrequenzen und Eigenschwingformen (Modalanalyse)
• Erzwungene Schwingungen, Resonanzverhalten
• Zufallsanregung (PSD)
• Erdbebenberechnungen
• Stoß- und kurzzeitdynamische Analysen
• Typisch bei Fahrzeugen, Maschinen, Gebäuden unter dynamischer Last

Elektrischer Strom / Elektrotechnik

• Stromverteilung in Leitern und Halbleitern
• Leistungs- und Wärmeverluste
• Kopplung mit thermischen Effekten (Thermoelektrik)
• Anwendbar bei Stromschienen, Platinen, Leistungselektronik

Magnetische Felder / Elektromagnetik

• Magnetfeldverteilungen, Induktivität, Hysterese-Effekte
• Wechsel- und Gleichfelder
• EMV-Analysen
• Kopplung mit Bewegung (z. B. Elektromotoren, Transformatoren)
• Für die Entwicklung elektrischer Antriebe, Spulen, Sensorik

Akustik / Schallausbreitung

• Druckverteilung im Medium (z. B. Luft oder Wasser)
• Raumakustik
• Schalldurchgangsbewertung (Transmission loss)
• Schallabstrahlung von Aggregaten und Maschinen
• Kopplung zur mechanischen Simulation (Akustik-Mechanik)
• Z. B. zur Reduzierung von Lärmquellen in Produkten oder Räumen

Explosionen / Nichtlineare Dynamik

• Hochdynamische Vorgänge, Stoßwellen, Bruchverhalten
• Explosionssicherheit, Aufprallanalysen, ballistische Simulationen
• Relevanz Prüfständen, in Verteidigung, Automotive (Crash), Sicherheitsdesign

Multiphysik-Kopplungen

• Thermomechanik (z. B. Verzug und Zwängung durch Temperatur)
• Thermoelektrik (z. B. Erwärmung durch Stromfluss)
• Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)
• Piezomechanik (Mechanik + elektrische Felder)
• Für besonders realitätsnahe Simulationen