FEM im Ingenieurwesen

Finite-Elemente-Methode (FEM) ist ein numerisches Verfahren zur näherungsweisen Lösung, insbesondere elliptischer partieller Differentialgleichungen mit Randbedingungen. Sie ist auch ein weit verbreitetes modernes Berechnungsverfahren im Ingenieurwesen.

Bekannte FEM-Programme

Folgende kommerzielle Programmcodes sind weit verbreitet und werden zur Berechnung unterschiedlicher technischer und wissenschaftlicher Problemstellungen eingesetzt:

• ABAQUS: Universell einsetzbares FEM Programm mit einem Löser auch für hoch-nichtlineare Problemstellungen von ABAQUS Inc. (jetzt Dassault Systèmes)
• Ansys: ANSYS, universell einsetzbares FEM-Programm (linear, nichtlinear, kleine und große Verformungen) von Swanson Analysis Systems Inc., USA entwickelt
• PERMAS: PERMAS, universell einsetzbares FEM-Programm (lineare FEM, geometrische und Materialnichtlinearitäten, elektrische und magnetische Felder)
• Cosmos: z.B. COSMOS/M von Structural Research and Analysis Corporation, USA
• COMSOL Multiphysics: FEM Simulationswerkzeug für beliebig gekoppelte physikalische Prozesse
• MARC: FEM-Programm von Marc Analysis Research Corporation, USA (jetzt MSC Software)
• Nastran: NASTRAN, universell einsetzbares FEM-Programm von der NASA entwickelt
• PAM-CRASH: PAM-CRASH, expliziter FEM-Solver zur Crashberechnung von der ESI-Group entwickelt
• LS-DYNA: explizites FEM-Programm für nichtlineare dynamische Problemstellungen, LSTC. Inc.
• FEAP: FEM-Programm der UC Berkeley mit frei zugänglichem Quellcode. Zielgruppen sind Anwender in der universitären Ausbildung oder in der Forschung.

Einige Freewareprogramme:

• Oof2: Freewareprogramm zum Anpassen von FE-Netzen an Pixel-Bilder. Wird am NIST entwickelt.
• Z88: leistungsstarkes Freewareprogramm für lineare Probleme, native Windows, LINUX und UNIX. Entwickler: Prof. Dr.-Ing. F. Rieg, Universität Bayreuth [1]
• CalculiX: Freeware-FEM-Programmpaket mit graphischem Pre- und Postprozessor, entwickelt von Guido Dhondt und Klaus Wittig. Teilweise kompatibel zum Abaqus-Format.

Zunehmend enthalten auch kommerzielle CAD-Systeme integrierte FE-Module, mit denen meist einfachere (i. d. R. lineare) Problemstellungen berechnet und mithilfe des CAD-Systems anschließend direkt ausgewertet werden können. Diese integrierten FE-Module sollten jedoch mit gewisser Vorsicht verwendet werden, da der ganze meshing-Prozess verborgen im Hintergrund durchgeführt wird, also nicht kontrollier- und korrigierbar ist.