Finite Elemente
Karteikarten für das Modul Finite Elemente
Karteikarten für das Modul Finite Elemente
Kartei Details
| Karten | 80 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Physik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 25.04.2016 / 13.07.2022 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/finite_elemente
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Was ist bei der Kopplung unterschiedlicher Elementtypen zu beachten?
Zusammenhang und korrekte Lastübertragung müssen gewährleistet sein.
Erläutern Sie den Begriff "free meshing"
automatisches Vernetzungsprogramm, welches zuerst Oberflächen vernetzt und sich dann in das Volumen hineinarbeitet. (meist Dreiecks- und Tetraederelemente) Die Netzfeinheit kann global oder bereichsweise vorgegeben werden.
Wie lautet das Gleichungssystem, das bei transienten Temperaturfeldberechnungen zu lösen ist? Benennen Sie die Symbole!
CT * T' + KT * T = Q
CT = Matrix der speziefischen Wärme
KT = Matrix der Wärmeleitfähigkeit
T = Spaltenmatrix der unbekannten Knotentemperaturen
Q = Wärmestromvektor infolge Konvektion und Strahlung
Erläutern Sie den Begriff "mapped meshing"!
Volumen (Flächen), die durch 6 Flächen (4 Linien) berandet sind, werden durch gleiche Unterteilung gegenüberliegender Flächen (Linien) mit Hexaedern (Viereckselementen) vernetzt.
Bei einer Modalanalyse ergeben sich die unteren Eigenfrequenzen f1 = 1,2*10^-7 Hz, f2 = 2,05*10^-5 Hz, f3 = 4,234 Hz. Wie interpretieren Sie die Ergebnisse?
Starrkörperbewegungen möglich, da System nicht mindestens statisch bestimmt gelagert.
Erläutern Sie den Begriff "sweeped meshing"!
2D - Vernetzung einer Deckfläche und schrittweise Extrusion in Dickenrichtung bis zur Zielfläche.
Welchen Einfluss haben der Grad der statischen Unbestimmtheit des Systems und der Grad der Ansatzfunktion des Elementes (linear / quadratisch) auf den Lösungsaufwand und die Genauigkeit?
Grad der statischen Unbestimmtheit:
· je höhergradig unbestimmt, desto weniger Lösungsaufwand
· kein Einfluss auf die GenauigkeitGrad der Ansatzfunktion:
· Je höhergradig, desto genauer die Ergebnisse
· je höhergradig, desto höher der Lösungsaufwand bei gleichbleibender Netzfeinheit
Was verstehen Sie unter "modaler Superposition"? Für welche Fragen wird sie angewandt? Welche anderen Lösungsverfahren sollten wann zum Einsatz kommen?
"Modale Superposition" ist ein iteratives Lösungsverfahren. Die Lösungen aus den einzelnen Eigenformen werden überlagert. Nur für lineare dynamische Probleme. Explizite Zeitintegration ==> extrem dynamische Probleme (z.B. Crash - Berechnungen) Implizite Zeitintegration ==> Standardprobleme
Definieren Sie den Begriff "Membran"
Membran: Biegeschlaffes Flächenelement, das senkrecht zur Fläche belastet werden kann. Anwendungen sind Zelte, Ballone, Membranen.
Definieren Sie den Begriff "2D-RVZ"!
2D - RVZ: (RVZ = rotationssymmetrischer Verzerrungszustand)
2D-Solid mit angewähltem rotationssymmetrischem Verzerrungszustand für rotationssymmetrische Probleme. Statt der Koordinaten x, y und z werden nun r, ϕ und z verwendet.
Nennen Sie die Vorteile automatisierter Vernetzungsverfahren
Vermeidung von Geometriefehlern (Lücken in der Vernetzung) · Verkürzung der Bearbeitungszeit · Lokale Verfeinerung einzelner Gebiete einfach möglich
Nennen Sie 2 Möglichkeiten zur Kopplung von CAD nach FEM
• Das FE-Programm ist in das CAD-Programm integriert und greift auf die CADDatenbasis zu. Bei einem externen CADProgramm kann dies über eine Direktschnittstelle erfolgen. Der Vorteil einer Direktschnittstelle ist, dass alle relevanten Daten gut übertragen werden. • Die Daten werden über eine standardisierte Schnittstelle transferiert. Es werden nur die Daten übertragen, die durch die Schnittstelle unterstützt werden. Es kann zu einem Datenverlust kommen. Standardisierte Schnittstellen sind z. B. IGES, STEP oder SAT
Wie ist der Winkel bei Vierecksflächen bzw. Dreieckselementen für eine Fehlerfreie Berechnung zu wählen?
Dreieck 300 < a < 1200
Viereck 450 < a < 1350
Welche Materialwerte sind für die im linearelastischen Bereich beanspruchte Strukturen erforderlich?
• E-Modul
• Querkontraktionszahl
• Dichte
Wie hängt die Größe des Gleichungssystems von der Anzahl der Systemfreiheitsgrade (FG) ab?
Berechnungen bis 100.000 FG sind klein
Über 1.000.000 FG sind sie groß
Über 10.000.000 bereits sehr groß
Was ist die Finite Elemente Methode?
Die FEM ist ein Näherungsverfahren zur: - Strukturanalyse statisch/dynamisch, linear oder nichtlinear - Temperaturfeldberechnung - Berechnung elektrische Schwingung - Berechnung von Fluid Strömungen oder Allgemein: Lösung partieller Differentialgleichungen
Wenn man keine Erfahrung mit der Modellierung hat, sollte man nach welchen „Regeln“ vorgehen?
Man beginnt mit einem einfachen Modell mit wenigen Effekten und verbessert das Modell Schritt für Schritt. Dabei soll man sich an folgendes halten: - Eine lineare Analyse ist stets einfacher als eine nichtlineare. - Eine statische Analyse ist einfacher als eine dynamische - Ein grobes Modell ist schneller erstellt und berechnet als ein detailliertes.
Nach welcher Methode Arbeiten FE-Programme?
Nach der Verschiebungsmethode
Welches 3D-Solid-Elemente gibt es?
Hexaeder (6 Flächen), Prismenelemente (Pentaeder = 5 Flächen), Tetraeder (4 Flächen)
Was sind für eine linear-elastische Berechnung für Materialdaten erforderlich?
E-Modul und Querkontraktionszahl
Geben Sie die DOF der 3D-Solid-Elemente an. Wodrauf ist bei der Auswahl der Elemente zu achten (hinsichtlich 3D-Solid-Elemente)?
ux, uy, uz. 3D-Elemente sollten in den drei Raumrichtungen Kantenlängen ähnlicher Größenordnung aufweisen lmax <5*lmin.
Gibt es bei einer linearen Berechnung Versagen oder Plastifizieren?
Nein
In welche drei Unterklassen werden 2D-SolidElemente aufgeteilt?
2D-Solid mit ESZ, 2D-Solid mit EVZ, 2D-Solid mit RVZ
Wovon hängt die Genauigkeit der Ergebnisse in erster Linie ab? Was ist bei der Verfeinerung zu beachten?
Feinheit des Netzes. Nachbarelemente dürfen keine Spannungssprünge aufweisen.
Welche Unterschiede besitzt das Strukturelement „Schale“ im Gegensatz zum 2D-Solid-Element?
Schalen, Balken und Stabelement vereinfachen die Berechnung, aber welche Effekte werden nicht unterstützt.
Ein Stab, der mit einem Stabelement vernetzt ist, kann nicht knicken. An einer abgesetzten Welle, die mit Balkenelementen vernetzt ist, treten keine Kerbspannungen auf.
Was ist eine Scheibe?
Als Scheiben werden im allgemeinen Elemente bezeichnet, die nur in ihren Ebenen belastete werden und keine Biegung erfahren. DOF: ux und uy.
Was ist eine Platte?
Als Plattenelemente werden im allgemeinen Elemente bezeichnet, die senkrecht zur Mittelfläche belastet werden und gebogen werden. DOF: uz, ϕx und ϕy
Zwischen welchen Berechnungsverfahren, wird beim Lösen von algebraischen Gleichungssystemen, bei statischen Problemen grundsätzlich, unterschieden?
- Eliminationsverfahren - Iterative Lösungsverfahren
Was ist eine Schale?
Schalenelemente sind im Allgemeinen gekrümmte Elemente, die Lasten parallel und senkrecht zur Mittelfläche aufnehmen. Ein Moment um eine Achse senkrecht zur Fläche kann eine Schale nicht aufnehmen. DOF: uy, ux, uz, ϕy, ϕx, ϕz
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