Modulbeschreibung

Unsere Vision für den FEM-Unterricht ist es, eine Generation von Ingenieurinnen und Ingenieuren auszubilden, die die Prinzipien der Finite-Elemente-Methode (FEM) nicht nur versteht, sondern auch kreativ und effektiv anwenden kann. Wir wollen unsere Studierenden dazu befähigen, komplexe technische Herausforderungen in verschiedenen Anwendungsbereichen zu meistern, indem sie innovative Lösungen entwickeln, präzise Simulationen durchführen und dabei stets auch die wichtigen Aspekte der Nachhaltigkeit nicht ausser Acht lassen. 

Die Absolventinnen und Absolventen des Grundkurses werden in der Lage sein:

• einfache anwendungsorientierte linear-elastische Problemstellungen mittels FEM selbständig zu lösen
• die Abläufe einer FE-Simulation korrekt anwenden zu können
• die FE-Berechnungen mittels Pilotstudien und Handrechnungen auf Plausibilität zu prüfen
• divergierende Probleme zu detektieren und richtig behandeln zu können
• die Kenntnisse der Festigkeitslehre anhand konkreter Problemstellungen zu festigen
• präzise und nachvollziehbare Analyseberichte erstellen zu können

Abgabe von Analyseberichten (Einzel- und Gruppenarbeit)

Fachkompetenzen: 
- Grundzüge der FEM-Anwendungen verstehen
- Vorgehen zur sinnvollen Anwendung der FEM erlernen 
- die Plausibilität der Analysen beurteilen und die Resultate interpretieren können
- linear-elastische Problemstellungen einfacher Geometrien mit FEM lösen können
- Kenntnisse der Festigkeitslehre ausbauen können  
- Erlernen der Ergebnisdokumentation in Form von technischen Berichtendes Verfassens technischer Berichte von komplexeren und umfassenden Analysen

Selbstkompetenzen:
Selbstmotivation: Da der FEM-Unterricht oft anspruchsvolle theoretische und praktische Aufgaben beinhaltet, ist es wichtig, die Fähigkeit zur Selbstmotivation zu entwickeln. Studierende sollten in der Lage sein, sich selbst zu motivieren, auch wenn die Aufgaben komplex oder herausfordernd sind. 
Selbstregulation: den eigenen Lernprozess zu planen, zu organisieren und zu überwachen. Schülerinnen und Schüler sollten in der Lage sein, effektive Lernstrategien zu entwickeln, ihre Zeit sinnvoll einzuteilen und ihre Fortschritte zu überprüfen. Dies ermöglicht es ihnen, ihre Lernziele effizienter zu erreichen.
Problemlösungsfähigkeiten: Im FEM-Unterricht werden Studierende mit komplexen technischen Problemen konfrontiert. Die Fähigkeit zur Problemlösung ist daher von entscheidender Bedeutung. Dies umfasst das kritische Denken, die Fähigkeit, Probleme zu analysieren, alternative Lösungswege zu identifizieren und die besten Ansätze zur Lösung von technischen Herausforderungen zu wählen.

Sozialkompetenzen:
Teamarbeit: Die FEM-Projekte und -Übungen erfordern oft die Zusammenarbeit in Teams, um komplexe Problemstellungen zu lösen. Studierende sollten lernen, effektiv in interdisziplinären Gruppen zu arbeiten, Konflikte konstruktiv zu lösen und ihre jeweiligen Stärken und Fähigkeiten einzubringen, um gemeinsam erfolgreich zu sein.
Kommunikation und Präsentation: Die Fähigkeit, technische Konzepte und Ergebnisse verständlich zu kommunizieren und zu präsentieren, ist im FEM-Unterricht von grosser Bedeutung. Schülerinnen und Schüler sollten lernen, ihre Ideen und Lösungen klar zu formulieren und sie vor anderen verständlich darzulegen, sei es in schriftlicher Form oder durch Präsentationen.

• Einführung in die Grundlagen der FEM
• Kennenlernen des Preprocessing (Materialdefinition; Vernetzung; Randbedingungen definieren)
• Kennenlernen der Möglichkeiten des Postprocessing (Ergebnisdarstellung)
• Quantifizierung der Plausibilität einer FEM-Analyse
• Durchführung von Konvergenzstudien zur Ermittlung der optimalen Netzauflösung
• Vertiefungsübung zum Thema Plausibilität, Divergenz/Konvergenz
• Verfassung von technischen Berichten mit ausführlicher Ergebnisanalyse zu unterschiedlichen Problemstellungen aus der Strukturmechanik 

Unterrichtsunterlagen in Form von Slides, Anleitungen und Videotutorials stehen zur Verfügung 

weiterführende Literatur:

Klein, B.: Grundlagen und Anwendungen der Finite-Elemente-Methode im Maschinen- und Fahrzeigbau;  Springer Verlag / Deger, Y.: Die Methode der Finiten Elemente, Expert Verlag