Angewandte FEM in der Statik
Prüfungsfragenkatalog
Prüfungsfragenkatalog
Kartei Details
| Karten | 82 |
|---|---|
| Lernende | 45 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Statik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 08.06.2016 / 22.03.2022 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/angewante_fem_in_der_statik
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41. Was versteht man unter Idealisierung einer Struktur?
Eine komplexe Struktur soweit vereinfachen, dass für das FEM-Programm noch alle nötigen Informationen vorhanden sind, um das Ergebnis nicht unnötig zu verfälschen. CAD-Modell abstrahieren, d.h. Geometrie vereinfachen, Symmetrien nutzen und sinnvolle Annahmen treffen.
42. Welche Tätigkeiten und Arbeitsschritte sind unter dem Begriff Preprocessing zusammengefasst?
Elementgeometrie festlegen (Geometrie, Querschnitt)
Materialeigenschaften (E-Modul, Querkontraktionszahl, Dichte)
Vernetzung (Elementwahl, Netz generieren)
Netz kontrollieren (Seitenverhältnis, …)
- Randbedingungen festlegen (Lasten, Lagerung, Symmetrien)
43. Welche Rechenschritte und Analysen führt das Programm aus?
1. Elementsteifigkeit erstellen
2. Struktursteifigkeit aufbauen
3. Lastvektoren erstellen
4. Gleichungssystem aufstellen und Randbedingungen einbauen
5. Gleichungssystem lösen nach der unbekannten Verschiebung
6. Elementverschiebung bestimmen
7. Dehnung und Spannung im Element
44. Welche Arbeitsschritte sind unter dem Begriff Postprocessing zusammengefasst?
Auswerten der Ergebnisse
Resultate verifizieren
- Dokumentieren
45. Welche Möglichkeiten der Geometriemodellierung gibt es?
Indirekt: CAD-Import
Direkt: Einfache Geometrien mit Knoten und Elementen aufbauen
46. Was gibt es bei der Elementaufteilung zu beachten?
Möglichst gleich grosse/ gleichmässige Aufteilung.
Rechenleistung des Prozessors
Notwendige Genauigkeit der Lösung
- Bereich der Untersuchung
47. Wie entwickelt sich der Fehler in Abhängigkeit der Elementdichte?
Ab einer gewissen Elementdichte steigt der Gesamtfehler wieder an.
Gesamtfehler = Diskretisierungsfehler + Numerische Fehler
48. Wann und wie kann Symmetrie ausgenutzt werden?
So oft wie möglich, um eine kurze Rechenzeit zu erreichen und evt. Lagerungen zu vermeiden.
Geometrie, Last, Lagerung müssen alle der Symmetrie entsprechen.
49. Welche Lasten unterscheidet man?
- Konzentrierte Einzellasten oder -momente
- Druckbelastungen auf Elemente (Streckenlasten bei Balken)
- Eigengewicht (Volumenlasten)
- Kräfte infolge Beschleunigungen (Volumenlasten)
- Temperaturbeanspruchungen
Einzel- oder Verteillasten: Kraft, Moment, Druck
Art der Lasten: Strukturlast, Temperatur
Abhängigkeiten: Nicht konstant, Verformung
50. Was ist unter einer Konvergenzanalyse zu verstehen?
Iterative (wiederholende) Verfeinerung des Netzes bis die Änderung des untersuchten Wertes einem vordefinierten Grenzwert entspricht.
51. Welche Möglichkeiten gibt es die Resultate auf Richtigkeit zu überprüfen?
- Handrechnung
- Vereinfachte Geometrie in FEM-Simulieren
- Verschiebungen und Reaktionskräfte prüfen
- Vergleichsrechnung mit anderem FE-Programmen
- Vergleich mit praktischen Messungen
52. Was gilt es bei der Ermittlung von Kerbspannungen zu beachten?
Netzverfeinerung an kritischen Stellen wie einer Kerbe.
- Eine Singularität ist mittels einer Konvergenzanalyse auszuschliessen.
53. Was versteht man unter Modellgenerierung und welche typischen Schritte sind mit der Modellgenerierung verbunden?
Berücksichtigung besonderer Zustände (EDZ, EVZ, Axialsymmetrisch)
Auswahl von Elementtypen (Stäbe, Balken, Scheibe,Volumen)
Bereitstellung Geometriedaten
Bereitstellung Materialdaten
Vernetzung
- Randbedingungen Definieren
54. Was gilt es bei der Planung der Modellgenerierung zu beachten?
Darauf achten, dass die gewählten Modellierungseigenschaftem dem realen Modell noch genug nahe kommen
Vereinfachungen wie Symmetrien ausnutzen
- Auf Diskontinuitäten achten
- Modellierungsmethode 2D / 3D
- Modelart (Balken, Scheibe, Volumen, Schale)
55. Welche Koordinatensysteme unterscheidet man?
Zylinderkoordinatensystem (Winkel, r)
Sphärische Koordinatensystem
- Kartesisches Koordinatensystem
56. Was versteht man unter Elementattributen?
Die Eigenschaften eines Elements (z.b. Grösse, Knoten, Geometrie, Freiheitsgrade)
57. Welche Möglichkeiten stehen bei der Vernetzung zur Verfügung?
Methode (z.B. Hex, Tetra)
Elementgrösse definieren
Verfeinerung (lokal feineres Netz erstellen)
- Kontaktberiech (Netz im Kontaktbereich angleichen)
58. Was ist ein "mapped mesh" und was ein "free mesh"?
Mapped-Mesh:
Strukturiertes Netz beachtete Bedingungen der Elementform und des Netzmusters. Ein solches Netz wird ausschliesslich aus viereckigen Flächen oder quaderförmigen Volumen gebildet. Wenig Elemente.
Free-Mesh:
Unstrukturiertes Netz wird ohne Bedingungen zur Elementform oder zum Muster des Netzes erstellt.
Es ist für allgemein begrenzte Flächen oder Volumen geeignet. Nahezu jeder Umriss kann mit einem solchen Netz versehen werden, da beliebige lokale Verfeinerungen angepasst werden können. Viel Elemente
59. Was ist bei der Elementgeometrie wichtig?
Gleichmässige Formen über das gesamte Modell.
Die Geometrien sollten ausgewogene Seitenlängen aufweisen.
60. Was gibt es über die Elementdichte zu bemerken?
Mit zunehmender Elementdichte werden genauere Ergebnisse zum Preis eines höheren Rechenaufwands erzielt. Bei extrem feiner Vernetzung kann der nummerische Fehler gross werden.
61. Wann ist ein Netzmuster gut?
Ästhetische Netze liefern gute Ergebnisse.
Bei guten Netzen verlaufen die Elementseiten etwa parallel und senkrecht zum Rand oder bei Schalen parallel zu den Hauptkrümmungsrichtungen.
62. Wie wird die Vernetzung gesteuert?
Die voreingestellten Vernetzungsparameter werden vielen Fällen ein angemessenes Netz erzeugen.
Werkzeuge zur steuerung des Netzes sind:
Methode (z.B. Hex, Tetra)
Elementgrösse definieren
Verfeinerung (lokal feineres Netz erstellen)
- Kontaktberiech (Netz im Kontaktbereich angleichen)
63. Welches sind die wichtigsten Qualitätskriterien bei der Vernetzung?
64. Wie kann eine Vorspannung auf ein Modell aufgebracht werden?
Initial Strain anwenden (Vordehnung bzw. Übermass)
Vorspannung im FE-Modell lässt sich durch künstlich eingeführte Temperaturdifferenz zwischen einzelnen Bestandteilen des Modells simulieren.
66. Wie wird ein Modell (mechanisch) gelagert?
Durch gezieltes Einschränken von Freiheitsgraden an Knoten
67. Wie kann überprüft werden, ob die Lagerung ausreichend und richtig ist?
Prüfen, welche Freiheitsgrade schon eingeschränkt sind.
Solver gibt eine Meldung, falls Bauteil nicht vollständig gelagert ist.
68. Was versteht man unter der Lösungsphase und welche Schritte werden hierbei vom Programm durchgeführt?
1. Elementsteifigkeit erstellen
2. Struktursteifigkeit aufbauen
3. Lastvektoren erstellen
4. Gleichungssystem aufstellen und Randbedingungen einbauen
5. Gleichungssystem lösen nach der unbekannten Verschiebung
6. Elementverschiebung bestimmen
7. Dehnung und Spannung im Element
69. Welche Verfahren zur Gleichungslösung gibt es?
Direkt (z.b. Sparse)
Iterative (z.b. Preconditioned Conjugate Gradient)
70. Wie können Resultate auf ihre Richtigkeit überprüft werden?
Handrechnung
Vereinfachte Geometrie in FEM-Simulieren
Verschiebungen und Reaktionskräfte prüfen
Vergleichsrechnung mit anderem FE-Programmen
- Vergleich mit praktischen Messungen
71. Welche Arten von Daten stehen zur Auswertung zur Verfügung?
Spannungen
Verschiebungen
Reaktionskräfte
- Schnittkraftverläufe
72. Welche prinzipiellen Möglichkeiten der Datenauswertung gibt es?
Grafische Darstellung (Bunte Bilder) :D
Zahlmässige ausgaben an lokalen Stellen
- Diagrammverläufe
73. Was gilt es bei Schalenmodellen im Postprocessing zu berücksichtigen?
Auswertung von:
Mittelfläche (Membran)
Oberseite
- Unterseite
75. Welche Vergleichsspannungen kennen Sie?
Vergleichsspannung nach Gestaltänderungshypothese bei zähen Werkstoffen, statisch oder schwingender Beanspruchung
Vergleichsspannung nach Schubspannungshypothese bei spröden Werkstoffen auf Druck belastet, grösste Schubspannung ist für das Versagen zuständig
Vergleichsspannung nach Normalspannungshypothese bei spröden Werkstoffen, grösste Normalspannung (= 1. Hauptspannung) ist für das Versagen zuständig
Die 1. / 2. Hauptspannung wird als Auswertung bei spröden Werkstoffen als Vergleichsspannung verwendet.
Die Vergleichsspannung ist eine rechnerische Spannung, welche die gleiche Beanspruchung des Werkstoffs verursacht, wie wenn man sie an einem Zugstab aufbringen würde. Durch einen Vergleich dieser Vergleichsspannung mit der zulässigen Spannung kann die zusammengesetzte Beanspruchung beurteilt werden.
77. Welche Beulprobleme gibt es?
78. Was ist eine Beulanalyse?
Bestimmen der kritischen Last bei der eine Struktur instabil wird, sowie die dazugehörige Beulform.
79. Welche grundsätzlichen Möglichkeiten der Beulanalyse gibt es?
Lineare Beulanalyse (Eigenwertbeulen) Achtung: liefert lediglich einen Anhaltswert!
Nichtlineares Beulen
80. Was ist das Ergebnis einer Eigenwertbeulanalyse?
Beim Aufbringen der Einheitskraft 1N auf einen Balken, kann mit der Eigenwert-Beulanalyse der Lastmultiplikator abgelesen werden, welche gleich der kritischen Knicklast ist.
