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Alle Oberthemen / Maschinenbau / FEM

FEM (19 Karten)

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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.
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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.
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Erläutern Sie den Begriff "sweeped meshing"!
2D - Vernetzung einer Deckfläche und schrittweise Extrusion in Dickenrichtung bis zur Zielfläche.
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Erläutern Sie den Begriff "adaptive meshing"!
Iterative lokale Netzverfeinerung in Gebieten hoher Feldgradienten bis Abbruchkriterium erreicht ist (programmkontrolliert).
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Nennen Sie drei wesentliche Nichtlinearitäten bei strukturmechanischen Berechnungen und geben Sie zu jeder ein unterschiedliches Anwendungsbeispiel!
- geometrische Nichtlinearität (große Verzerrungen)
- physikalische Nichtlinearität (Plastifizieren / Kriechen)
- Systemnichtlinearität (Kontakt)
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Wie lautet das Gleichungssystem, das bei dynamischen Festigkeitsberechnungen zu lösen ist?
Benennen Sie die Symbole!
M * ü + K * u = F(t)

M = globale Massenmatrix
ü = Matrix der Knotenbeschleunigungen
K = globale Steifigkeitsmatrix
u = Matrix der Knotenverschiebungen /-verdrehungen
F(t) = Matrix der äußeren Lasten
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Wann führen Sie eine quasistatische FE-Analyse durch?
Für |M * ü| << |K * u| , da Trägheitskräfte gegenüber inneren Kräften vernachlässigbar.
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Was ist bei der Kopplung unterschiedlicher Elementtypen zu beachten?
Zusammenhang und korrekte Lastübertragung müssen gewährleistet sein.
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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
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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.
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Erläutern Sie den Begriff "quasistatische Berechnung"!
System wird von dynamisch zu statisch vereinfacht. Dies ist nur möglich, wenn sich das System über einen langen Zeitraum nur sehr gering bewegt / verformt.
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Die FE - Methode ist ein Näherungsverfahren. Wie stellen Sie eine ausreichende Genauigkeit der Ergebnisse sicher?
An wichtigen Stellen der Beobachtung wird das Netz stetig verfeinert. Weichen die Änderungen des Spannungs- und Verformungsergebnisses nur gering vom vorangegangenen Ergebnis ab, wird eine gute Genauigkeit erreicht.

Tritt Konvergenz auf, ist eine ausreichende Genauigkeit erreicht.
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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 Genauigkeit


Grad der Ansatzfunktion:
  • Je höhergradig, desto genauer die Ergebnisse
  • je höhergradig, desto höher der Lösungsaufwand bei gleichbleibender Netzfeinheit
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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
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Definieren Sie die Begriffe "Membran", "Scheibe", "Schale" und "2D-RVZ"!
Membran:
Biegeschlaffes Flächenelement, das senkrecht zur Fläche belastet werden kann. Anwendungen sind Zelte, Ballone, Membranen.

Scheibe:
Ebenes Element, das nur in seiner Ebene belastet werden kann und keine Biegung erfahren.

Schale:
Allgemeinstes Flächenelement (i. allg. gekrümmte Elemente), das Lasten parallel und senkrecht zur Mittelfläche aufnimmt.

2D - RVZ:  (RVZ = rotationssymmetrischer Verzerrungszustand)
2D-Solid mit angewähltem rotationssymmetrischem Verzerrungszustand für rotationssymmetrische Probleme. Statt der Koordinaten x, y und z werden nun r, und z verwendet.
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Definieren Sie die Begriffe "Stab", "Balken (allg.)" und "1D-RVZ"!
Stab:
Ein gerades, schlankes Bauteil, das nur Normalkräfte N (Zug/Druck) überträgt. Lasten können nur an den gelenkig gelagerten Stabenden als Axialkräfte eingeleitet werden.

Balken:
Ein gerades, schlankes Bauteil, das quer zur Mittellinie belastet wird. Es treten Querkräfte und Biegemomente auf.

1D - RVZ:
Es bildet einen Meridianschnitt durch eine dünnwandige Struktur mit rotationssymmetrischem Spannungs- und Verzerrungszustand ab.
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Erläutern Sie die Arbeitsweise des Frontlösungsalgorithmus!
Hierbei wird beim schrittweisen Aufbau der Steifigkeitsmatrix bereits eine sukzessive Elimination aller Unbekannten, die zu Knoten auf der Rückseite der Front gehören vorgenommen.
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Welche Zeitintegrationsverfahren werden zur Lösung dynamischer Probleme angewandt? Nennen Sie die Kriterien für eine sinnvolle Auswahl!
modales Verfahren, implizites Verfahren, explizites Verfahren

1. Auswahlkriterium -> nieder- oder hochfrequente Anregung
2. Auswahlkriterium -> lineares / nichtlineares Problem

hochfrequente Anregung -> explizites Verfahren
niederfrequente Anregung -> implizites oder modales Verfahren

lineares Problem -> implizites oder modales Verfahren
nichtlineares Problem -> implizites Verfahren
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Wie erstellen Sie ein Scharniergelenk zwischen zwei Balken?
Die zu koppelnden Knoten müssen geometrisch sehr nahe zusammenliegen oder geometrisch zusammenfallen.

Kopplung: Uxi = Uxj , Uyi = Uyj , Uzi = Uzj
Kartensatzinfo:
Autor: CoboCards-User
Oberthema: Maschinenbau
Thema: FEM
Schule / Uni: FH Aachen
Ort: Aachen
Veröffentlicht: 08.09.2011
Tags: Prof. Raatschen
 
Schlagwörter Karten:
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