Mathcad Arbeitsblatt Bibliothek : Finite Elemente
Beschreibung
- Die Finite-Elemente-Methode ist eine numerische Analysetechnik, die von Ingenieuren, Wissenschaftlern und Mathematikern verwendet wird, um Lösungen für die Differentialgleichungen zu erhalten, die eine Vielzahl physikalischer (und nicht physikalischer) Probleme beschreiben oder näherungsweise beschreiben. Physikalische Probleme reichen von der Festkörper-, Flüssigkeits- und Bodenmechanik über Elektromagnetismus bis hin zur Dynamik.
- Die zugrunde liegende Prämisse der Methode besagt, dass eine komplizierte Domäne in eine Reihe kleinerer Bereiche unterteilt werden kann, in denen die Differentialgleichungen näherungsweise gelöst sind. Durch Zusammenstellen des Gleichungssystems für jede Region wird das Verhalten über die gesamte Problemdomäne bestimmt.
- Jede Region wird als Element bezeichnet, und der Vorgang der Unterteilung einer Domäne in eine endliche Anzahl von Elementen wird als Diskretisierung bezeichnet. Elemente werden an bestimmten Punkten verbunden, die als Knoten bezeichnet werden, und der Montageprozess erfordert, dass die Lösung entlang gemeinsamer Grenzen benachbarter Elemente fortlaufend ist.
- Im Moment sind die Bibliotheken nur in englischer Sprache verfügbar.
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
Der Prozess der Diskretisierung
Eine Lösung für ein 1-D-Grenzwertproblem
Vergleich mit der Finite-Differenz-Methode
Sieben grundlegende Schritte der Finite-Elemente-Methode
Diskretisierung des Kontinuums
Beispiel für eine automatische Erzeugung von Volumennetzen
Beispiel eines manuell erstellten Volumennetzes
Auswahl der Interpolationsfunktionen
2. Der diskrete Ansatz: Eine physikalische Interpretation
Eine einfache elastische Feder
Schritt 1 - Diskretisieren des Federsystems
Schritt 2 - Interpolationsfunktionen auswählen
Schritt 3 - Finden Sie die Elementeigenschaften
Schritt 4 - Zusammenfügen der Elemente
Schritt 5 - Anwenden der Randbedingungen
Schritt 6 - Lösen Sie das Gleichungssystem
Schritt 7 - Zusätzliche Berechnungen
Ein Beispiel für ein Finite-Elemente-Netz
Eigenschaften der zusammengesetzten Steifheitsmatrix
Behandlung von Randbedingungen
1D diskreter Finite-Elemente-Algorithmus in einer Dimension
Anwendung auf andere diskrete Systeme
Elementsteifigkeitsmatrix in globalen Koordinaten
Steifigkeitsableitung mit lokalen Koordinaten
Ein Finite-Elemente-Algorithmus für Fachwerk in zwei Dimensionen
3. Finite Elemente elastischer Kontinua
Kontinuität von Elementen in einem Kontinuum
Grundbegriffe der dreidimensionalen linearen Elastizität
Das Prinzip der minimalen potentiellen Energie
Flächenspannung und Flächendehnung
Ein dreieckiges Element bei ebener Beanspruchung
Die direkte Methode für ein dreieckiges Element
Interpolation der Verschiebung
Dehnungs-Verschiebungs-Gleichung
Äquivalente Kräfte für ein Spannungsfeld
Zusammenfassung der direkten Methode
Die Energiemethode für elastische Elemente
Behandlung von Oberflächentraktionen
Vergleich der Direkt- und Energiemethoden für den Flächendruck
Ein Finite-Elemente-Code für die Ebenendehnung
4. Elementinterpolation und Formfunktionen
Die Essenz der Finite-Elemente-Methode
Typische Probleme im Engineering
Lineare Interpolation in einer Dimension
JTS abschnittsweise lineare Interpolation
Abschnittsweise lineare Interpolation
JTS die Wirkung eines feineres Netz
Die Wirkung eines feineres Netz
Polynome höherer Ordnung in einer Dimension
Quadratische Interpolation in einer Dimension
Abschnittsweise quadratische Interpolation
Verallgemeinerung auf höhere Ordnungen
Ableitungen von Formfunktionen
Lineare Interpolation und Differenzierung
Quadratische Interpolation und Differenzierung
Ein lineares dreieckiges Element
Ein rechteckiges Element mit vier Knoten
Ein spezialisiertes rechteckiges Element
Abschnittsweise Approximation mit Lagrange-Polynomen
Zufalls-Formfunktionen für ein lineares Element
Zufalls-Formfunktionen für ein quadratisches Element
5. Zugeordnete Elemente
Differenzierung und Integration
Elementlänge in symbolischer Form
Auswertung von Elementgleichungen
Quadratisch zugeordnete Elemente
Der Bereich Integrale und Numerische Integration
Integration von zugeordneten quadratischen Elementen
Transformation eines Flächenelements
Integration entlang Elementgrenzen
Formfunktionen entlang der Elementgrenzen
Reduktion auf eine Dimension an Grenzen
Auswerten einer verteilten Kantenlast
Finite-Elemente-Code unter Verwendung isoparametrischer Ebenenspannungselemente
6. Die Methode der gewichteten Residuen
Ungefähre Lösung mit Testfunktionen
Anwendung der Galerkin-Methode auf finite Elemente
Eindimensional - Integration nach Teilen
Finite-Elemente-Code in einer Dimension
Zwei Dimensionen - Green's Theorem
Laplace-Gleichungen in einer Kreisscheibe
Linearer Finite-Elemente-Code für die Laplace-Gleichung
Laplace-Gleichung in einem rechteckigen Bereich
Quadratischer Finite-Elemente-Code für die Laplace-Gleichung