Wat is Finite Element Method FEM of Eindige Elementen Methode EEM?

In de werktuigbouwkunde maken ingenieurs en constructeurs regelmatig berekeningen met betrekking tot de stijfheid en sterkte van materialen en constructies. Deze berekeningen zijn belangrijk omdat een constructie of machine over bepaalde eigenschappen moet beschikken. De berekeningen worden gebruikt om na te gaan of de machine of constructie in de praktijk wel sterk genoeg is. Daarbij kan rekening worden gehouden met normale omstandigheden maar ook met extreme omstandigheden.

Diversiteit aan berekeningen in de werktuigbouwkunde
In de werktuigbouwkunde worden verschillende berekeningen gemaakt. Zo zijn er berekeningen voor het statisch of dynamisch krachtenspel. Ook zijn er berekeningen voor weerstandsmomenten. Voor vervorming zoals buiging en knik zijn ook formules evenals voor torsie en afschuiving. Daarnaast zijn er formules voor verplaatsing en materiaalspanning. Een constructeur en een ingenieur in de werktuigbouwkunde moeten voor al deze verschillende aspecten berekeningen maken. Hierbij wordt gebruik gemaakt van verschillende formules. Een groot deel van de werkzaamheden van een ingenieur of een constructeur bestaan daardoor uit het maken van berekeningen.

Finite Element Method FEM en Eindige Elementen Methode EEM
Constructeurs en ingenieurs maken tegenwoordig ook gebruik van Finite Element Method (FEM). Dit wordt ook wel Finite Element Analyses (FEA) of Eindige Elementen Methode (EEM) genoemd. Met deze methode kunnen zeer complexe vormen en constructies worden beoordeeld op sterkte, stijfheid en andere aspecten die aan de orde kunnen komen bij het bepalen van de eigenschappen van een constructie zoals vermoeiing en vervorming. Door gebruik te maken van de Eindige Elementen Methode (EEM) bespaart de werktuigbouwkundige veel tijd omdat hij of zij niet allemaal aparte berekeningen en formules hoeft te maken. De eindige-elementenmethode deelt de constructie van de constructeur op in een beperkt aantal elementen. Dit beperkt aantal elementen is in feite een eindig aantal elementen vandaar de benaming Eindige Elementen Methode. De elementen van de constructie worden door deze methode aan elkaar gekoppeld door knooppunten. Aan elke koppeling die gemaakt wordt zijn een aantal eisen gesteld. Deze eisen zijn afhankelijk van het element. De knooppunten van de elementen moeten zo worden opgesteld dat ze tegelijk met elkaar verplaatsen.

Samenvatting FEM en EEM
De EEM is een rekenmethode. Hiermee kunnen differentiaalvergelijkingen en integraalvergelijkingen worden uitgevoerd en opgelost. Deze rekenmethode wordt toegepast in de ingenieurswetenschappen voor het berekenen van de sterkte-eigenschappen van complex constructies.

Wat is een ingenieursbureau en welke werkzaamheden doet dit bureau?

De naam ingenieursbureau is afgeleid van de titel ingenieur. Dit heeft te maken met het feit dat bij ingenieursbureaus over het algemeen ingenieurs werkzaam zijn. Het ingenieursbureau levert diensten aan ander bedrijven met betrekking tot de begeleiding van technische projecten. De diensten die door een ingenieursbureau worden geleverd zijn zeer divers. Het kunnen adviezen zijn op het gebied van bouwkunde, watermanagement, infrastructuur en stedenbouwkunde. Daarnaast leveren ingenieursbureaus ook diensten aan de industrie.

Personeel van een ingenieursbureau
Bij een ingenieursbureau werken medewerkers met een gedegen technische opleiding. Over het algemeen is het opleidingsniveau Hbo of hoger. Door het behalen van een Hbo-opleiding mag de afgestudeerde de titel ingenieur gebruiken. Afgestudeerden van een technische opleiding op universitair niveau mogen deze titel met een hoofdletter schrijven.

Een ingenieur is een specialist. Deze medewerker heeft specifieke kennis van een bepaald technisch vakgebied zoals bijvoorbeeld bouwkunde. Daarnaast zijn er nog vele andere technische vakgebieden waarin ingenieurs werkzaam zijn. Hierbij kan gedacht worden aan de werktuigbouwkunde, infra en watermanagement.

Werkzaamheden van een ingenieur
Ingenieurs zijn specialisten die over het algemeen ervaren zijn in het maken van technische tekeningen. In het verleden werden technische tekeningen vooral 2D gemaakt. Tegenwoordig worden steeds meer tekeningen doormiddel van 3D computerprogramma’s gemaakt waardoor zeer duidelijke modellen ontstaan van de objecten die gemaakt moeten worden. Een ingenieur kan doormiddel van deze tekeningen technische concepten visualiseren. Daarnaast kan een ingenieur ook sterkte  berekeningen maken en is hij of zij goed op de hoogte van de constructieprincipes. Deze past de ingenieur toe in de concepten en plannen die worden uitgewerkt. Kennis is het belangrijkste aspect van de werkzaamheden die een engineer uitvoert. Hoe beter de engineer is opgeleid hoe hoogwaardiger zijn of haar ontwerpen en adviezen over het algemeen zullen zijn. Uiteraard speelt werkervaring ook een zeer grote rol bij de werkzaamheden van een ingenieur.

Diensten van ingenieursbureaus
Ingenieursbureaus hebben veel kennis van technische aspecten die aan de orde kunnen komen bij nieuwbouwprojecten. Door deze kennis zijn ingenieursbureaus ideale dienstverleners voor bedrijven die grote projecten in de techniek willen uitvoeren. Daarom worden ingenieursbureaus ingeschakeld door projectontwikkelaars en aannemers. Ook nutsbedrijven en de overheid maken regelmatig gebruik van de diensten die door ingenieursbureaus worden aangeboden. Deze bureaus leveren adviezen over de haalbaarheid van projecten en maken daarnaast constructieberekeningen. Ook kunnen ze tekeningen aanleveren of tekeningen controleren en indien nodig wijzigen. Verder bieden ingenieursbureaus adviezen over installaties en de veiligheidsaspecten van constructies.

Ingenieursbureaus zijn over het algemeen gespecialiseerd in bepaalde technische sectoren. Zo zijn er ingenieursbureaus die gericht zijn op stedenbouwkunde of ruimtelijke ordening. Daarnaast zijn er ingenieursbureaus die gespecialiseerd zijn in architectuur en vastgoed. In de werktuigbouwkunde zijn ook ingenieursbureaus actief die berekeningen maken voor constructies die vervaardigd zijn uit metalen. Hierbij kan ook gedacht worden aan machines en industriële installaties voor de procesindustrie.

Nederlandse ingenieursbureaus
Ingenieursbureaus leveren in Nederland een belangrijke bijdrage aan de kenniseconomie. In verhouding tot andere landen zijn er in Nederland veel ingenieursbureaus gevestigd. Dit komt doordat Nederland laag gelegen is ten opzichte van de zeespiegel. In de strijd tegen het water hebben ingenieursbureaus bij de ontwikkeling van de deltawerken een belangrijke bijdrage geleverd. Daarnaast zorgt de drassige Nederlandse bodem er voor dat er extra aandacht moet worden besteed aan de fundering van gebouwen, bruggen en constructies. Door de eigenschappen van de Nederlandse bodem en het voortdurende gevecht tegen water hebben Nederlandse ingenieursbureaus veel kennis vergaard. Deze kennis is een belangrijk voordeel in de kenniseconomie. Ingenieursbureaus leveren in Nederland een bijdrage van bijna anderhalf procent aan de nationale economie. Daarmee levert de ingenieursbranche in Nederland in verhouding tot andere landen in de wereld een zeer hoge bijdrage aan de economie van het land.

Wat is het technasium en wat leer je op het technasium?

De techniek krijgt meer aandacht in Nederland. Niet alleen bedrijven maar ook scholen zijn zich er van bewust dat de techniek voor Nederland een belangrijke sector moet worden om de concurrentiepositie van het land te verbeteren ten opzichte van andere landen op de wereldmarkt. Hoger technisch opgeleiden zoals ingenieurs, constructeurs en engineers zijn voor de toekomst van Nederland  in de techniek erg belangrijk. In 2004 hebben vijf scholen in de provincie Groningen een project gestart om op Havoniveau de technische kennis van leerlingen te verdiepen. Dit project werd door veel scholen in Nederland met belangstelling gevolgd. Uiteindelijk is uit het project in Groningen een nieuwe onderwijsvorm ontwikkeld. Deze onderwijsvorm heeft de naam technasium. Inmiddels bieden meer dan zestig scholen in Nederland de onderwijsvorm technasium aan hun leerlingen.

Wat leer je op het technasium?
Leerlingen die kiezen voor een opleiding technasium maken meestal een bewuste keuze voor de techniek. Technasium is op havo/ vwo-niveau. Op het technasium staan de bètavakken centraal. Deze vakken bestaan uit verschillende exacte wetenschappen. Deze bètavakken of bètawetenschappen vormen belangrijke basiskennis voor veel technische beroepen. Met name in de hogere technische beroepen is een goede basiskennis van deze vakken van groot belang.  Bij het technasium wordt ook veel aandacht besteed aan onderzoeken en ontwerpen. Dit wordt ook wel afgekort met (O&O). Aan het einde de opleiding aan het technasium dienen leerlingen het examen te volgen. Hierin is ook het examenvak onderzoeken en ontwerpen opgenomen. Dit geeft aan hoeveel waarde wordt gehecht aan onderzoeken en ontwerpen in de opleiding aan het technasium. Het wordt aanbevolen dat leerlingen tussen de 4 tot 6 uur per week aan onderzoeken en ontwerpen moeten besteden. Dit is echter een richtlijn, scholen hebben een bepaalde vrijheid om de vakken zelf in te delen op het technasium.

Waarom is onderzoeken en ontwerpen belangrijk?
Technasiums besteden veel aandacht aan onderzoeken en ontwerpen. Dit is niet voor niets. Het is belangrijk dat leerlingen goed leren nieuwe oplossingen te bedenken en nieuwe ontwerpen te maken. Daarbij komt naast ontwerpen ook veel onderzoek aan de orde. In bètavakken wordt een belangrijke basiskennis geleerd die nodig is voor het vak O&O. Als leerlingen het technasium met succes hebben afgerond zijn ze meestal nog niet klaar. Ze kunnen na het technasium verschillende opleidingen volgen op hbo en wettenschappelijk niveau. In deze hogere beroepsopleidingen en wetenschappelijke opleidingen wordt ook veel aandacht besteed aan onderzoeken en ontwerpen. De technici van Nederland moeten nieuwe producten kunnen bedenken en ontwerpen. Innovatie en vindingrijkheid staan hierbij centraal. Daarbij moet uiteraard de deugdelijkheid en veiligheid niet uit het oog worden verloren. Met nieuwe oplossingen kunnen nieuwe producten op de markt worden gebracht. Hoogwaardige technische innovatie zorgt er voor dat Nederland weer meetelt als technisch land in de wereld. Voor de hoger opgeleide technici in Nederland is veel werk te vinden. Andere landen zitten echter ook niet stil. De concurrentie op de wereldmarkt neemt toe. Door het volgen van een technische opleiding zoals het technasium leggen leerlingen een belangrijke basis voor hun toekomst in de techniek.

Wat zijn constructieprincipes in de werktuigbouwkunde en waarom zijn constructieprincipes belangrijk?

Constructieprincipes zijn verbonden aan vakgebieden. Elk vakgebied heeft bepaalde basisprincipes waar constructies aan moeten voldoen om technisch en constructief stevig genoeg te zijn voor het doel waarvoor de constructie is ontworpen. Constructeurs houden met het ontwerp van constructies rekening met de constructieprincipes. Constructeurs die constructies ontwerpen voor de bouw hebben meestal te maken met andere constructieprincipes dan de werktuigbouwkunde. Dit heeft voor een deel te maken met het verschil in de materialen die worden gebruikt. Daarnaast hebben constructieprincipes ook te maken met de krachten die invloed uitoefenen op de constructie. Constructieprincipes vormen belangrijke wetenswaardigheden voor het ontwerp en het bouwen van constructies. Deze wetenswaardigheden zijn door de jaren heen geleerd.

Constructieprincipes in de werktuigbouwkunde
In de werktuigbouwkunde wordt veel gebruik gemaakt van verschillende metalen. En veel toegepast metaal is staal. Wanneer staal niet behandeld is tegen roesten kan een stalen constructie door corrosie op den duur verzwakken. Daarom moet aandacht worden besteed aan het beschermen van een constructie en de verschillende elementen van een constructie tegen corrosie.

Ook de vorm van een constructie is belangrijk. Binnen de werktuigbouwkunde worden verschillende methodes toegepast om staal harder te maken. Naast het thermisch harden worden ook andere methodes toegepast. Zo worden metalen bijvoorbeeld in een bepaalde vorm gebracht, hierdoor ontstaat profielstaal. Voorbeelden hiervan zijn H-balken en T-balken. Deze profielen geven een constructie stevigheid. Naast het gebruik van profielen moet men ook aandacht besteden aan het ontwerp van een constructie. In veel bruggen en andere constructies zijn driehoekverbindingen verwerkt. Een driehoek is een stabiele vorm en wordt daardoor als constructieprincipe gebruikt. Daarnaast kan men voor de toepassing van cilindrische vormen en bogen ook gebruik maken van constructieprincipes. Verschillende schrijvers hebben boeken geschreven over constructieprincipes en de toepassing daarvan in de werktuigbouwkunde en andere constructies. In technische opleidingen bijvoorbeeld op het gebied van werktuigbouwkunde en bouwkunde wordt aandacht besteed aan deze theorie.

Waarom zijn constructieprincipes belangrijk?
Door de eeuwen heen heeft de menselijke beschaving verschillende gebouwen en constructies bedacht en gemaakt. de materialen en technieken die daarvoor zijn gebruikt zijn zeer divers. Elk materiaal heeft specifieke eigenschappen die het materiaal geschikt of ongeschikt maken voor een bepaalde toepassing. Dit is ook zo met constructies en verbindingen. Door schade en schande is de mensheid op het gebied van constructies wijzer geworden. Het is onverstandig om deze lessen uit het verleden ter zijde te schuiven wanneer men een constructie ontwerpt. De kans bestaat dan op herhaling van fouten uit het verleden. Daarom moeten constructeurs, tekenaars en andere ontwerpers van constructies de informatie uit het verleden verwerken in nieuwe constructies. Hierdoor wordt de kwaliteit en veiligheid van constructies verbeterd. Daarnaast is het zo dat men ook spaarzamer met materiaal om kan gaan. Bepaalde holle constructies en holle profielen zijn net zo stevig of zelfs steviger dan massieve staven en massieve constructies. Constructieprincipes vormen een belangrijke bron van informatie die een constructeur veel tijd kan besparen. Hij of zij kan de ervaring van anderen gebruiken en daar een voordeel mee doen.