Simulation FEM vs. CFD – wann welche Methode geeignet ist

Autor / Redakteur: Stefan Merkle / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Bei thermischen Simulationen stellt sich häufig die Frage, ob FEM oder CFD eingesetzt wird. Pauschal kann das nicht beantwortet werden, doch gibt es richtungsweisende Faktoren.

Die Qual der Wahl hat der Anwender, wenn er Aufgaben lösen muss, bei denen sowohl die Strömung als auch die Struktur eine Rolle spielen – FEM oder CFD?
Die Qual der Wahl hat der Anwender, wenn er Aufgaben lösen muss, bei denen sowohl die Strömung als auch die Struktur eine Rolle spielen – FEM oder CFD?
(Bild: Merkle & Partner)

Im Ingenieurwesen unterliegen technische Produkte und Prozesse einer ständigen Weiterentwicklung. Leistungsdaten werden anspruchsvoller, Bauteile kleiner, Materialarten vielfältiger und Prozesse komplexer. Um zuverlässig zu konstruieren, müssen nicht nur die einzelnen Komponenten, sondern vor allem das Gesamtproblem betrachtet werden – mit all seinen möglichen Wechselwirkungen. Dafür sind multidisziplinäre Analysen nötig. Hierfür eignen sich numerische Simulationsverfahren besonders gut. Nur, welches Berechnungs- oder Simulationsverfahren eignet sich am besten? Das lässt sich nicht immer pauschal beantworten. Aber es gibt Faktoren, welche die Richtung weisen können.

Über die beiden Simulationsmethoden

FEM: Finite-Elemente-Methode: Die Finite-Elemente-Methode ist ein numerisches Verfahren, bei dem der zu untersuchende Bereich, wie zum Beispiel ein Bauteil in eine endliche, also finite, Anzahl von Elementen unterteilt wird. Dies dient der Analyse des physikalischen Verhaltens unter der Einwirkung von Kräften, Wärme, Schwingungen, etc. Durch diese Diskretisierung werden der Körper und dessen Verhalten berechenbar gemacht. Das Hauptaufgabengebiet dieser Strukturanalyse sind Berechnungen, Simulationen und die Optimierung von Bauteilen und komplexen Baugruppen zur Ermittlung von physikalischen Eigenschaften.