TA.BA_FEM1.H13 - Fragenkatalog

Gemäss Fragenkatalog von R.Baumann, Herbstsemester 2013

Gemäss Fragenkatalog von R.Baumann, Herbstsemester 2013

Ralph Kuppelwieser
Lernen

Ralph Kuppelwieser
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über die Finite-Elemente-Methode (FEM) auf Universitätsniveau, mit Fokus auf Berechnung, Geometrie, Spannung und Freiheitsgrade. Sie decken Themen wie Beulanalyse, Vergleichsspannungen, Vernetzung und Postprocessing ab. Ingenieure und Studierende profitieren von der detaillierten Erklärung der Analyseverfahren und der praktischen Anwendung von FEM in der Technik.
Karten
82
Lernende
20
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
27.01.2014 / 19.06.2018

Lernkarten

41. Was versteht man unter Idealisierung einer Struktur?

Durch die Idealisierung wird eine komplexe Struktur vereinfacht. So kann sie mit möglichst wenig Aufwand im FEM?Programm eingegeben werden, ohne dass eine Verfälschung der Realität eintritt. (Symmetrien ausnutzen)

42. Welche Tätigkeiten und Arbeitsschritte sind unter dem Begriff Preprocessing zusammengefasst?

Das Preprocessing umfasst die Vorbereitung der Daten für die FEM-Berechnung, wobei die Eingabe der Knoten und Elemente den grössten Anteil ausmacht. (Geometrie, Elementwahl, Vernetzung, Verfahren)

43. Welche Rechenschritte und Analysen führt das Programm aus?

  • Elementsteifigkeit erstellen
  • Struktursteifigkeit ausbauen
  • Lastvektor erstellen
  • Gleichungssystem aufbauen und Randbedingungen einbauen
  • Gleichungssystem auflösen nach den unbekannten Verschiebungen
  • Elementverschiebungen bestimmen
  • Dehnungen und Spannungen in den Elementen bestimmen

44. Welche Arbeitsschritte sind unter dem Begriff Postprocessing zusammengefasst?

Auswerten der Ergebnisse

  • Farbschattierte Bilder
  • Höhenlinienplots
  • Tabellen
  • Diagramme

45. Welche Möglichkeiten der Geometriemodellierung gibt es?

  • Geometrieerstellung in einem CAD (Extern)
  • Geometrieerstellung im FEM?Programm (Linien, Flächen zusammensetzen, Volumenkörper zusammensetzen)

46. Was gibt es bei der Elementaufteilung zu beachten?

  • Erfüllen der Partnerregel (Deckung der Knoten)
  • Gleichmässigkeit
  • Verzerrungsprüfung
  • Seitenverhältnisprüfung
  • Spitzenwinkligkeitsprüfung

47. Wie entwickelt sich der Fehler in Abhängigkeit der Elementdichte?

Je grösser die Elementdichte, desto kleiner der Fehler.

48. Wann und wie kann Symmetrie ausgenutzt werden?

Bei Bauteilen mit symmetrischer Geometrie und Belastung.

49. Welche Lasten unterscheidet man?

Punktlast, Streckenlast, Druck (Spannung)

50. Was ist unter einer Konvergenzanalyse zu verstehen?

Feinere Vernetzung führt zu einer Spannungssteigerung, welche bei einem maximalen Wert konvergiert. Diese Spannungsspitzen können mit Hilfe einer Konvergenzanalyse ausfindig gemacht werden.

51. Welche Möglichkeiten gibt es die Resultate auf Richtigkeit zu überprüfen?

  • Konvergenzanalyse
  • Überschlagsrechnung von Hand
  • Vergleich mit praktischen Messungen
  • Berechnung mit unterschiedlichen Lasten
  • Erfahrungsschatz

52. Was gilt es bei der Ermittlung von Kerbspannungen zu beachten?

Netzverfeinerung vorantreiben, bis die Spannung nicht mehr ansteigt. (Singularität überprüfen)

53. Was versteht man unter Modellgenerierung und welche typischen Schritte sind mit der Modellgenerierung verbunden?

Geometrie, Elementwahl, Material, Randbedingungen (Lasten und Lagerungen), Netz

54. Was gilt es bei der Planung der Modellgenerierung zu beachten?

  • Geeignete Elementauswahl
  • Symmetrie ausnutzen
  • Korrektes Aufbringen der Lasten

55. Welche Koordinatensysteme unterscheidet man?

Globale-, Lokale- und Elementkoordinatensystem (zylindrisch und sphärisch)

56. Was versteht man unter Elementattributen?

Eigenschaften des Elementes.

57. Welche Möglichkeiten stehen bei der Vernetzung zur Verfügung?

Free Mash oder Mapped Mash

58. Was ist ein "mapped mesh" und was ein "free mesh"?

Freemash wird automatisch erzeugt. Es besteht die Möglichkeit bestimmte Zonen zu „refinen“ Beim Mapped Mash wird die Art (Kubisch und Tetraeder) vom Anwender ausgewählt. Die Grösse der Elemente ist bei beiden Arten vom Anwender zu bestimmen.

59. Was ist bei der Elementgeometrie wichtig?

  • Gleichmässigkeit. Wenn möglich, keine Elementmischungen.
  • Verzerrungsprüfung
  • Seitenverhältnisprüfung
  • Spitzenwinkligkeitsprüfung
  • Überkrümmungsprüfung

60. Was gibt es über die Elementdichte zu bemerken?

Eine optimale Elementdichte ergibt die genauste Lösung.

61. Wann ist ein Netzmuster gut?

Wenn es regelmässig über die gesamte Oberfläche verteilt ist.

62. Wie wird die Vernetzung gesteuert?

Durch Unterteilung der Strecke oder Eingabe der Elementgrösse. Durch lokale Verfeinerungen können wichtige Stellen (Radien, Bohrungen) sehr genau betrachtet werden, ohne dass der gesamte Berechnungsaufwand ins unermessliche steigt.

63. Welches sind die wichtigsten Qualitätskriterien bei der Vernetzung

  • Erfüllen der Partnerregel
  • Gleichmässigkeit
  • Besser Vierecke benutzen anstatt Dreiecke (Genauigkeit)
  • Unstetigkeiten refinenen

64. Wie kann eine Vorspannung auf ein Modell aufgebracht werden?

Initial Strain anwenden (Vordehnung einbauen).

65. Welche strukturellen Lasttypen unterscheidet man?

Punkt-, Strecken und Flächenlasten.

66. Wie wird ein Modell (mechanisch) gelagert?

Durch gezieltes Einschränken von Freiheitsgraden.

67. Wie kann überprüft werden, ob die Lagerung ausreichend und richtig ist?

  • Checken welche Freiheitsgrade schon eingeschränkt wurden
  • Fehlermeldungen beim Solven beachten

68. Was versteht man unter der Lösungsphase und welche Schritte werden hierbei vom Programm durchgeführt?

  • Elementsteifigkeit erstellen
  • Struktursteifigkeit ausbauen
  • Lastvektor erstellen
  • Gleichungssystem aufbauen und Randbedingungen einbauen
  • Gleichungssystem auflösen nach den unbekannten Verschiebungen
  • Elementverschiebungen bestimmen
  • Dehnungen und Spannungen in den Elementen bestimmen

69. Welche Verfahren zur Gleichungslösung gibt es?

  • Direkte Gleichungslöser (Sparse, Frontal)

Vorteil: Genauigkeit, Schnell für kleine Gleichungssysteme

Nachteil: Hoher Speicherbedarf für grosse Gleichungssysteme, Geschwindigkeit bei grossen Modellen

  • Iterative Gleichungslöser (CG, JCG, PCG)

Vorteile: Speicherbedarf (incore) bei grossen Modellen, Plattenplatz (out-of-core) bei grossen Modellen

Nachteile: Startlösung notwendig, Konvergenzkriterium

70. Wie können Resultate auf ihre Richtigkeit überprüft werden?

  • Konvergenzanalyse
  • Überschlagsrechnung von Hand
  • Vergleich mit praktischen Messungen
  • Berechnung mit unterschiedlichen Lasten
  • Erfahrungsschatz

71. Welche Arten von Daten stehen zur Auswertung zur Verfügung?

Dehnung, Spannung, Lagerkräfte, Temperaturen.

72. Welche prinzipiellen Möglichkeiten der Datenauswertung gibt es?

Grafische Darstellung (3-D), Diagrammverläufe, Tabellen.

73. Was gilt es bei Schalenmodellen im Postprocessing zu berücksichtigen?

Ober- und Unterseite müssen richtig definiert werden. Weiter wird bestimmt, wo die Kraft im Abstand zur Mittelachse aufgebracht wird.

74. Worauf ist bei Diskontinuitäten beim Postprocessing zu achten?

Spannungsspitzen müssen genauer untersucht werden.

75. Welche Vergleichsspannungen kennen Sie?

von Mises Spannung, 1., 2., und 3. Hauptspannung.

76. Was sind Vergleichsspannungen?

Mischung aus Schub- und Normalspannungen, welche der Realität entsprechen.

77. Welche Beulprobleme gibt es?

  • Stabknicken
  • Beulen von Flächenstrukturen
  • Kippen
  • Drillknicken

78. Was ist eine Beulanalyse?

Durch bestimmen der Resultate ergibt sich der Instabilitätspunkt (von da an knickt die Struktur).

79. Welche grundsätzlichen Möglichkeiten der Beulanalyse gibt es?

  • Eigenwertbeulanalyse (lineare Berechnung -> liefert meist nicht sichere Resultate)
  • Nichtlineare Berechnung

80. Was ist das Ergebnis einer Eigenwertbeulanalyse?

Proportionalitätsfaktor lamda λ. Er beschreibt den Eigenwert der Matrix.

Étudier