Wat is het verschil tussen FEM en FEA?

FEM en FEA zijn niet hetzelfde, maar ze hangen nauw samen. FEM (Finite Element Method) is de wiskundige methode, terwijl FEA (Finite Element Analysis) de toepassing van die methode is om een specifiek technisch probleem te analyseren. In de praktijk worden beide termen door elkaar gebruikt, wat begrijpelijk is maar technisch gezien niet helemaal correct. Dit artikel beantwoordt de meest gestelde vragen over het verschil, de toepassingen en de grenzen van FEM en FEA.

Waarom worden FEM en FEA zo vaak door elkaar gebruikt?

FEM en FEA worden door elkaar gebruikt omdat ze in de praktijk altijd samen voorkomen. Zodra je de Finite Element Method toepast om een constructie of component te analyseren, voer je automatisch een Finite Element Analysis uit. De methode en de analyse zijn zo sterk verweven dat het onderscheid in dagelijks taalgebruik vervaagt.

In technische documentatie, softwarepakketten en gesprekken op de werkvloer zie je beide termen naast elkaar staan, soms zelfs als synoniemen. Softwareleveranciers als ANSYS en Abaqus spreken wisselend over FEM en FEA, afhankelijk van de context. Dat versterkt het idee dat het om hetzelfde gaat.

Het is nuttig om het onderscheid wel te kennen, zeker als je met engineers of specialisten communiceert over de aanpak van een berekening. Zo weet je of het gesprek gaat over de rekenmethode zelf of over de analyseresultaten.

Wat beschrijft FEM en wat beschrijft FEA precies?

FEM staat voor Finite Element Method en beschrijft de wiskundige techniek waarmee een complex systeem wordt opgedeeld in kleine, beheersbare elementen. Elk element wordt wiskundig beschreven, waarna het totale gedrag van het systeem wordt berekend door alle elementen samen te voegen. FEM is de methodologische basis.

FEA staat voor Finite Element Analysis en beschrijft het proces waarbij FEM wordt ingezet om een specifiek technisch vraagstuk te onderzoeken. Denk aan de spanningsverdeling in een machineonderdeel, de vervorming van een constructie onder belasting, of de warmteverdeling in een component.

Een eenvoudige manier om het onderscheid te onthouden:

FEM is de methode, vergelijkbaar met “rekenen met integralen”
FEA is de analyse, vergelijkbaar met “een constructie doorrekenen met behulp van integralen”

In de werktuigbouwkundige engineering is FEA de term die het meest direct aansluit bij wat een engineer of opdrachtgever wil weten: wat zijn de resultaten van de berekening?

Wanneer spreek je van FEM en wanneer van FEA?

Je spreekt van FEM wanneer het gaat over de rekenmethode zelf, de wiskundige onderbouwing, of de manier waarop software een model discretiseert. Je spreekt van FEA wanneer het gaat over het uitvoeren van een berekening of het interpreteren van resultaten voor een specifiek onderdeel of systeem.

In de praktijk geldt: gebruik FEM als je het hebt over hoe iets wordt berekend, en gebruik FEA als je het hebt over wat er wordt berekend en waarom. Een projectleider die vraagt of een component sterk genoeg is, vraagt eigenlijk om een FEA. Een software-engineer die vraagt hoe het model is opgebouwd, vraagt naar de FEM-aanpak.

Welke soorten analyses vallen onder FEA?

Onder FEA vallen meerdere soorten analyses, afhankelijk van het type belasting en het gedrag dat je wilt onderzoeken. De meest voorkomende categorieën in de werktuigbouwkundige engineering zijn:

Statische analyse: bepaalt spanningen en vervormingen onder een constante belasting, zoals het gewicht van een constructie of een opgelegde kracht
Dynamische analyse: onderzoekt het gedrag van een component onder veranderende belastingen in de tijd, inclusief trillingen en impactbelastingen
Thermische analyse: brengt de warmteverdeling en temperatuurgradiënten in een component in kaart
Vermoeiingsanalyse: beoordeelt de levensduur van een onderdeel bij herhaalde belasting
Niet-lineaire analyse: houdt rekening met materiaalgedrag dat afwijkt van de lineaire elasticiteitstheorie, zoals plastische vervorming of grote vervormingen
Gekoppelde analyses: combineren meerdere fysische verschijnselen, zoals thermo-mechanische of structureel-akoestische analyses

De keuze voor een specifiek type FEA hangt af van de belastingscondities, de vereiste nauwkeurigheid en de complexiteit van het component of systeem.

Hoe verhoudt FEM/FEA zich tot CFD?

FEM/FEA en Computational Fluid Dynamics (CFD) zijn beide numerieke simulatiemethoden, maar ze richten zich op verschillende fysische verschijnselen. FEA analyseert het mechanische gedrag van vaste lichamen, zoals spanningen, vervormingen en warmtegeleiding in constructies en componenten. CFD, ofwel stromingsanalyse, simuleert het gedrag van vloeistoffen en gassen, zoals luchtstroom rondom een component of vloeistofstroming door een leiding.

Beide methoden delen een vergelijkbare aanpak: het opdelen van een systeem in kleine elementen of cellen om complexe differentiaalvergelijkingen numeriek op te lossen. Toch zijn de toepassingsgebieden duidelijk gescheiden:

FEA gebruik je voor constructieve vraagstukken: is dit onderdeel sterk genoeg, hoe vervormt het, hoe geleid het warmte af?
CFD (stromingsanalyse) gebruik je voor fluidumvraagstukken: hoe stroomt koellucht door een behuizing, wat is de drukval in een leidingnetwerk?

In complexe projecten worden FEA en CFD soms gecombineerd, bijvoorbeeld als de warmteontwikkeling door een stromend medium invloed heeft op de mechanische spanning in een constructie.

Wanneer is een FEM/FEA-berekening de juiste keuze?

Een FEM/FEA-berekening is de juiste keuze wanneer een analytische handberekening niet volstaat vanwege de geometrische complexiteit, de combinatie van belastingen, of de vereiste nauwkeurigheid. FEA geeft inzicht in het gedrag van een component of systeem dat met klassieke formules niet volledig te doorrekenen is.

Concrete situaties waarin een FEM-analyse meerwaarde biedt:

Complexe geometrieën met uitsnijdingen, ribben of variabele wanddikten
Componenten die worden blootgesteld aan thermische en mechanische belastingen tegelijk
Nieuwe producten waarbij je vroeg in het ontwerpproces risico’s wilt uitsluiten
Bestaande constructies waarbij een storing of breuk moet worden geanalyseerd
Situaties waarbij fysiek testen te kostbaar, te tijdrovend of niet uitvoerbaar is

Een FEA vervangt niet altijd een fysieke test, maar verkleint het aantal benodigde iteraties aanzienlijk. Zo bespaar je tijd en kosten in de ontwerpfase.

Hoe wij helpen met FEM/FEA-berekeningen

Binnen ons Development & Engineering team werken ervaren werktuigbouwkundige specialisten die FEA dagelijks inzetten voor uiteenlopende industriële vraagstukken. We voeren analyses en simulaties uit voor industriële vraagstukken voor klanten in de Automotive, High-Tech & Semicon, Machinebouw, Food en Farmaceutische industrie, van eenvoudige statische berekeningen tot complexe niet-lineaire en gekoppelde analyses.

Wat we concreet voor je kunnen doen:

Bepalen welk type FEA-analyse aansluit bij jouw technische vraagstuk
Opbouwen en valideren van het FEM-model op basis van jouw ontwerp of CAD-data
Interpreteren van resultaten en vertalen naar concrete ontwerpverbeteringen
Combineren van FEA met stromingsanalyse (CFD) bij gecombineerde thermische en mechanische vraagstukken
Ondersteunen van je eigen engineeringteam als tijdelijke of structurele versterking

Wil je weten wat een FEM/FEA-berekening voor jouw project kan betekenen? Neem contact met ons op voor een vrijblijvend gesprek over de mogelijkheden.