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 Vertiefungskurses werden in der Lage sein:
- iterative Lösungsmethoden zur Lösung nicht-linearer Problemstellungen in der FEM anwenden zu können 
- nicht-lineare Materialmodelle einsetzen und deren Modellierung anhand von Versuchsdaten ausführen zu können
- Stabilitätsprobleme modellieren, berechnen und richtig interpretieren können
- unterschiedliche Kontaktbedingungen modellieren und validieren können
- geometrisch nicht-lineare Problemstellungen modellieren und validieren können
- den Nutzen und die Grenzen der Topologieoptimierung erkennen und interpretieren zu können 
- präzise und nachvollziehbare Analyseberichte zu erstellen

Abgabe von Analyseberichten (Einzel- und Gruppenarbeit)

Fachkompetenzen: 
- Kenntnis der Methoden zur Lösung spezieller Problemstellungen (Nichtlinearität, Kontakt, Stabilität, Optimierung)
- einfachere nicht-lineare Modelle lösen können, insb. Kontaktprobleme
- die Plausibilität der Analysen beurteilen und die Resultate zielgerichtet interpretieren können
- die Möglichkeiten und Fallstricke bei nicht-linearen FE-Anlalysen kennen
- Erlangung der Entscheider-Kompetenz 

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. Die Studierenden 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 der möglichen Nicht-Linearitäten bei der Lösung strukturmechanischer Problemstellungen
• Solvermethoden zur iterativen Lösung nicht-linearer Problemstellungen
• Geometrische Nicht-Linearitäten und ihre Formulierungen
• Plastizität und deren Modellierung am Bespiel von Zugversuchen
• Instabilität und deren Lösungsmethoden in der FEM
• Kontaktprobleme und deren Modellierungsmöglichkeiten in der FEM
• Diverse Übungen mit Verfassung technischer Berichte zur Vertiefung der nicht-linearen Problemstellungen mit abschliessender Simulation-Challenge

Vorlesungsunterlagen (Skriptserver) 
Übungsunterlagen (Skriptserver)
Videotutorials (Skriptserver)

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