CFD (Computational Fluid Dynamics) en FEM (Finite Element Method) zijn twee verschillende simulatiemethoden voor technische berekeningen. CFD berekent het gedrag van vloeistoffen en gassen, terwijl FEM de mechanische sterkte, vervorming en spanning in vaste materialen analyseert. De keuze tussen beide methoden hangt af van het fysische verschijnsel dat je wilt onderzoeken. Dit artikel beantwoordt de meest gestelde vragen over beide methoden, zodat je weet wanneer je welke inzet.
Computational Fluid Dynamics (CFD) berekent verschijnselen die te maken hebben met stroming, warmteoverdracht en drukopbouw in vloeistoffen en gassen. FEM berekent mechanische verschijnselen zoals spanning, vervorming, trillingen en vermoeiing in vaste constructies en onderdelen. De twee methoden richten zich elk op een ander fysisch domein.
Concreet richt een CFD-analyse zich op:
FEM richt zich op:
Beide methoden verdelen een complex geometrisch model op in kleine elementen of cellen, waarna de relevante fysische vergelijkingen per element numeriek worden opgelost. Het verschil zit in de aard van de vergelijkingen en de manier waarop het rekendomein wordt opgebouwd.
Bij FEM wordt de constructie opgedeeld in een netwerk van kleine elementen, zoals driehoeken of tetraëders. Per element berekent de software de verplaatsingen en krachten op basis van materiaalgedrag en randvoorwaarden. De resultaten worden samengevoegd tot een totaaloplossing voor de gehele constructie.
Bij een stromingsanalyse met Computational Fluid Dynamics (CFD) wordt het vloeistofdomein opgedeeld in een rekenrooster van cellen. De software lost per cel de Navier-Stokes-vergelijkingen op, die de beweging van vloeistoffen en gassen beschrijven. Dit is rekenintensief, zeker bij turbulente stromingen of complexe geometrieën.
In beide gevallen geldt: hoe fijner het rekenrooster of elementennetwerk, hoe nauwkeuriger het resultaat, maar ook hoe meer rekentijd de simulatie vraagt. Een goede meshstrategie is daardoor een belangrijk onderdeel van het simulatieproces.
Kies voor een CFD-analyse wanneer je wilt weten hoe een vloeistof of gas zich gedraagt. Kies voor FEM wanneer je de mechanische of thermische belasting van een vaste constructie wilt beoordelen. De vraagstelling bepaalt welke methode je nodig hebt.
Gebruik Computational Fluid Dynamics (CFD) als je vragen hebt zoals:
Gebruik FEM als je vragen hebt zoals:
Soms is de grens minder scherp. Bij thermische belastingen op constructies werk je regelmatig met een combinatie van beide methoden.
CFD en FEM worden breed ingezet in de maakindustrie, maar de voorkeur per methode verschilt per sector en toepassing. Beide simulatietechnieken zijn relevant voor industrieën waar producten of processen aan hoge technische eisen moeten voldoen.
Sectoren waar CFD-analyses veel worden gebruikt:
Sectoren waar FEM veel wordt gebruikt:
Ja, CFD en FEM kunnen worden gecombineerd in een zogenaamde gekoppelde of multi-physics-analyse. Dit is nuttig wanneer stroming en constructie elkaar beïnvloeden, bijvoorbeeld bij thermisch-mechanische vraagstukken of fluid-structure interaction (FSI).
Een praktisch voorbeeld: een warmtewisselaar staat bloot aan een hete vloeistofstroom. Een CFD-analyse berekent de warmteoverdracht en temperatuurverdeling. Die temperatuurresultaten worden vervolgens als invoer gebruikt voor een FEM-berekening, die bepaalt welke thermische spanningen en vervormingen in de constructie optreden.
Een andere toepassing is fluid-structure interaction, waarbij de stroming druk uitoefent op een flexibele constructie die op zijn beurt de stroming beïnvloedt. Dit soort gekoppelde analyses is rekenintensief en vraagt om specialistische kennis van beide methoden, maar levert wel een realistischer beeld van het werkelijke gedrag van een product of installatie.
Voor CFD-analyses zijn de meest gebruikte softwarepakketten ANSYS Fluent, OpenFOAM en Simcenter STAR-CCM+. Voor FEM worden veelvuldig ANSYS Mechanical, Abaqus en NX Nastran ingezet. Veel van deze pakketten bieden ook multi-physics-functionaliteit voor gekoppelde analyses.
Bekende CFD-software:
Bekende FEM-software:
De keuze voor een pakket hangt af van de sector, het type analyse en de beschikbare licenties. Sommige bedrijven combineren meerdere pakketten voor specifieke taken.
Wij ondersteunen industriële bedrijven bij zowel CFD-analyses als FEM-berekeningen, als onderdeel van onze dienstverlening op het gebied van analyse en simulatie. Onze specialisten op het gebied van werktuigbouwkundige engineering zetten de juiste methode in voor jouw specifieke vraagstuk, van klassieke handberekeningen tot geavanceerde computersimulaties.
Wat je van ons kunt verwachten:
Wil je weten welke aanpak het beste past bij jouw situatie? Neem contact op voor een vrijblijvend gesprek, zodat we samen kunnen bepalen wat jouw project nodig heeft.
Over AKOS
AKOS is een advies- en ingenieursbureau gericht op het ontwikkelen van de industrie door het leveren van expertise en oplossingen op het gebied van mens, productie en technologie.
Menu
Terugbelverzoek
