Alle Begriffe A–Z

Alle zentralen Begriffe rund um FEM-Simulation und die Dr.Q-Plattform, klar und praxisnah erklärt.

C

CAD: Computer-Aided Design. Software zur Erstellung von 3D-Modellen (SolidWorks, Fusion 360, Inventor u. a.).

D

Dehnung: Relative Längenänderung eines Werkstoffs unter Last. Dimensionslos (oft in % oder mm/mm angegeben).

Dichte (ρ): Masse pro Volumeneinheit. Erforderlich für Eigengewicht (Schwerkraft) und dynamische Analysen.

E

Einspannung (feste): Eine Randbedingung, die an einer Fläche alle Freiheitsgrade sperrt (Verschiebung und Rotation in allen Richtungen sind null).

Elastizitätsmodul (E-Modul, E): Die Steifigkeit eines Werkstoffs; das Verhältnis von Spannung zu Dehnung im elastischen Bereich. Einheit: MPa oder GPa.

Element: Der Grundbaustein des FE-Netzes. Übliche Typen: Tetraeder (Tet4, Tet10), Hexaeder (Hex8, Hex20), Dreiecke, Vierecke.

F

FEM: Finite-Elemente-Methode. Ein numerisches Verfahren zur Berechnung von Spannungen, Verformungen, Temperaturen usw. in Strukturen durch Unterteilung in kleine Elemente.

Freiheitsgrad (DOF): Eine mögliche Bewegungsrichtung eines Knotens: drei Translationen (X, Y, Z) und drei Rotationen = max. 6 DOF pro Knoten. Randbedingungen entziehen Freiheitsgrade.

H

Hauptspannung: Normalspannung entlang einer Hauptachse (einer Richtung ohne Schubspannung). Die drei Hauptspannungen σ₁ ≥ σ₂ ≥ σ₃ beschreiben den vollständigen Spannungszustand.

J

Jacobi-Determinante: Ein Maß für die Netzqualität. Negative Jacobi-Werte deuten auf invertierte (ungültige) Elemente hin, die Solver-Fehler verursachen.

K

Knoten: Ein Punkt im FE-Netz, an dem Verschiebungen und Kräfte berechnet werden. Elemente sind an ihren Knoten miteinander verbunden.

Konvergenz: Die Eigenschaft einer numerischen Lösung, sich mit zunehmender Netzverfeinerung der exakten Lösung anzunähern. Ein konvergiertes Ergebnis ändert sich bei zusätzlicher Elementanzahl kaum noch.

L

Lastfall: Eine bestimmte Kombination aus Randbedingungen und Lasten, die ein Belastungsszenario beschreibt.

N

Netz (FE-Netz): Die Unterteilung der Geometrie in finite Elemente (Dreiecke, Tetraeder, Hexaeder usw.).

Q

Querkontraktionszahl (ν): Verhältnis der Quer- zur Längsdehnung bei einachsiger Belastung. Typischer Wert: 0,3 für Stahl. Muss zwischen 0 und 0,5 liegen.

R

Randbedingung: Eine Vorgabe, wie das Modell an bestimmten Stellen gelagert oder belastet ist: Auflager und Symmetrieebenen ebenso wie Kräfte und Drücke. Bei Dr.Q kann der Wirkungsort auch über eine eigene Flächen-CAD-Datei festgelegt werden (STEP-Randbedingung).

Reaktionskraft (Auflagerkraft): Die Kraft, die eine Randbedingung als Reaktion auf die aufgebrachten Lasten auf das Modell ausübt. Summe der Reaktionskräfte = Summe der aufgebrachten Lasten (Newton'sches Wechselwirkungsprinzip).

S

Singularität: Eine Stelle, an der die mathematische Spannung gegen unendlich strebt, verursacht durch scharfe einspringende Ecken, Punktlasten oder Punktauflager. Ein numerisches Artefakt, keine reale physikalische Spannung.

Skewness: Ein Maß für die Netzqualität, das beschreibt, wie stark ein Element von seiner Idealform abweicht. Werte nahe 0 sind gut; Werte nahe 1 deuten auf stark verzerrte Elemente hin.

Solver: Der Algorithmus, der das FEM-Gleichungssystem löst. Dr.Q ermöglicht derzeit linear-statische Simulationen; Erweiterungen wie Kontaktanalysen und nichtlineare Materialmodelle folgen.

Spannung: Kraft pro Flächeneinheit im Werkstoff. Einheit: MPa (N/mm²).

Streckgrenze (R_p0,2): Die Spannung, bei der ein Werkstoff beginnt, sich plastisch (bleibend) zu verformen. FEM-Ergebnisse werden üblicherweise gegen diesen Wert verglichen, um die Sicherheit zu bewerten.

V

Vergleichsspannung nach Von Mises: Eine skalare Vergleichsspannung für duktile Werkstoffe. Sie fasst den mehrachsigen Spannungszustand zu einem einzigen Wert für die Fließbewertung zusammen. Fließen tritt ein, wenn σ_VM ≥ R_p0,2.