FEM: Grundlagen und Anwendungen der Finite-Element-Methode im Maschinen- und Fahrzeugbau ; mit ... 12 Fallstudien und 20 Übungsaufgaben
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Wiesbaden
Springer Vieweg
2012
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IMAGE 1
VI
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINFUEHRUNG 1
1.1 HISTORISCHER UEBERBLICK 1
1.2 GENERELLE VORGEHENSWEISE 4
1.3 AUSSAGESICHERHEIT EINER FE-ANALYSE 8
1.4 QUALITAETSSTANDARDS 10
2 ANWENDUNGSFELDER UND SOFTWARE 11
2.1 PROBLEMKLASSEN 11
2.2 KOMMERZIELLE SOFTWARE 12
3 GRUNDGLEICHUNGEN DER LINEAREN FINITE-ELEMENT-METHODE 16
3.1 MATRIZENRECHNUNG 16
3.2 GLEICHUNGEN DER ELASTOSTATIK 19
3.3 GRUNDGLEICHUNGEN DER ELASTODYNAMIK 26
3.4 FINITES GRUNDGLEICHUNGSSYSTEM 27
3.4.1 VARIATIONSPRINZIP 27
3.4.2 METHODE VON GALERKIN 31
4 DIE MATRIX-STEIFIGKEITSMETHODE 34
5 DAS KONZEPT DER FINITE-ELEMENT-METHODE 41
5.1 ALLGEMEINE VORGEHENSWEISE 4 1
5.2 FE-PROGRAMMSYSTEM 4 4
5.3 MATHEMATISCHE FORMULIERUNG 4 5
5.3.1 EBENES STAB-ELEMENT 4 5
5.3.2 EBENES DREHSTAB-ELEMENT 50
5.3.3 EBENES BALKEN-ELEMENT 53
5.4 PRINZIPIELLER VERFAHRENSABLAUF 62
5.4.1 STEIFIGKEITSTRANSFORMATION 62
5.4.2 AEQUIVALENTE KNOTENKRAEFTE 65
5.4.3 ZUSAMMENBAU UND RANDBEDINGUNGEN 6 8
5.4.4 SONDERRANDBEDINGUNGEN 72
5.4.5 LOESUNG DES GLEICHUNGSSYSTEMS 74
5.4.6 BERECHNUNG DER SPANNUNGEN 81
5.4.7 SYSTEMATISCHE PROBLEMBEHANDLUNG 83
6 WAHL DER ANSATZFUNKTIONEN 89
7 ELEMENTKATALOG FUER ELASTOSTATISCHE PROBLEME 93
7.1 3-D-BALKEN-ELEMENT 93
7.2 SCHEIBEN-ELEMENTE 97
7.2.1 BELASTUNGS-UND BEANSPRUCHUNGSZUSTAND 97
7.2.2 DREIECK-ELEMENT 98
7.2.3 FLAECHENKOORDINATEN 105
7.2.4 ERWEITERUNGEN DES DREIECK-ELEMENTS 110
7.2.5 RECHTECK-ELEMENT 111
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IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS VII
7.2.6 KONVERGENZ BALKEN-SCHEIBEN-ELEMENTE 119
7.2.7 TIMOSHENKO-THEORIE 120
7.2.8 VIERECK-ELEMENT 125
7.2.9 ISOPARAMETRISCHE ELEMENTE 129
7.2.10 NUMERISCHE INTEGRATION 134
7.3 PLATTEN-ELEMENTE 139
7.3.1 BELASTUNGS-UND BEANSPRUCHUNGSZUSTAND 139
7.3.2 PROBLEMATIK DER PLATTEN-ELEMENTE 143
7.3.3 RECHTECK-PLATTEN-ELEMENT 146
7.3.4 DREIECK-PLATTEN-ELEMENT 152
7.3.5 KONVERGENZ 153
7.3.6 SCHUBVERFORMUNG A M PLATTENSTREIFEN 155
7.3.7 BEULPROBLEMATIK 156
7.4 SCHALEN-ELEMENTE 165
7.5 VOLUMEN-ELEMENTE 170
7.6 KREISRING-ELEMENT 175
8 KONTAKTPROBLEME 182
8.1 PROBLEMBESCHREIBUNG 182
8.2 EINFACHE LOESUNGSMETHODE FUER KONTAKTPROBLEME 184
8.3 LOESUNG ZWEIDIMENSIONALER KONTAKTPROBLEME 188
8.3.1 ITERATIVE LOESUNG NICHTLINEARER PROBLEME OHNE KONTAKT 188
8.3.2 ITERATIVE LOESUNG MIT KONTAKT 189
9 FEM-ANSATZ FUER DYNAMISCHE PROBLEME 202
9.1 VIRTUELLE ARBEIT IN DER DYNAMIK 202
9.2 ELEMENTMASSENMATRIZEN 204
9.2.1 3-D-BALKEN-ELEMENT 205
9.2.2 ENDMASSENWIRKUNG 208
9.2.3 DREIECK-SCHEIBEN-ELEMENT 209
9.3 DAEMPFIINGSMATRIZEN 212
9.4 EIGENSCHWINGUNGEN UNGEDAEMPFTER SYSTEM 213
9.4.1 GLEICHUNGSSYSTEM 213
9.4.2 NUMERISCHE ERMITTLUNG DER EIGENWERTE 221
9.4.3 STATISCHE REDUKTION NACH GUYAN : 222
9.5 FREIE SCHWINGUNGEN 226
9.6 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN 228
9.7 BELIEBIGE ANREGUNGSFUNKTION 237
9.8 LOESUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNG 238
10 GRUNDGLEICHUNGEN DER NICHTLINEAREN FINITE-ELEMENT-METHODE 247
10.1 LOESUNGSPRINZIPIEN FUER NICHTLINEARE AUFGABEN 247
10.2 NICHTLINEARES ELASTIZITAETSVERHALTEN 250
10.3 PLASTIZITAET 253
10.4 GEOMETRISCHE NICHTLINEARITAET 257
10.5 INSTABILITAETSPROBLEME 259
IMAGE 3
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
11 WAERMEUEBERTRAGUNGSPROBLEME 266
11.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 266
11.2 DISKRETISIERTE WAERMELEITUNGSGLEICHUNG 271
11.3 LOESUNGSVERFAHREN 273
11.4 THERMISCH-STATIONAERE STRUKTURMECHANISCHE BERECHNUNG 275
11.5 THERMISCH-TRANSIENTE STRUKTURMECHANISCHE BERECHNUNG 276
12 MEHRKOERPERSYSTEME 279
12.1 MERKMALE EINES MKS 279
12.2 KINEMATIK VON M K S 281
12.2.1 DREHMATRIX 283
12.2.2 EBENE BEWEGUNG 285
12.3 KINETIK VON M K S 287
12.3.1 GRUNDBEZIEHUNGEN FUER DEN STARREN KOERPER 289
12.3.2 NEWTON-EULER-METHODE 291
12.4 LAGRANGE'SCHE METHODE 293
12.5 MECHANISMENSTRUKTUREN 295
13 BAUTEILOPTIMIERUNG 297
13.1 FORMULIERUNG EINER OPTIMIERUNGSAUFGABE 297
13.2 PARAMETEROPTIMIERUNG 298
13.3 BIONISCHE STRATEGIE 300
13.4 SELEKTIVE KRAEFTEPFADOPTIMIERUNG 303
14 GRUNDREGELN DER FEM-ANWENDUNG 306
14.1 FEHLERQUELLEN 306
14.2 ELEMENTIERUNG UND VERNETZUNG 307
14.3 NETZAUFBAU 311
14.4 BANDBREITEN-OPTIMIERUNG 314
14.5 GENAUIGKEIT DER ERGEBNISSE 318
14.6 QUALITAETSSICHERUNG 320
14.7 MODELLADAEQUATHEIT 322
FALLSTUDIE 1: ZU KAPITEL 4 MATRIX-STEIFIGKEITSMETHODE 325
FALLSTUDIE 2: Z U KAPITEL 5 KONZEPT DER FEM/ALLGEMEINE VORGEHENSWEISE
327
FALLSTUDIE 3: ZU KAPITEL 5 KONZEPT DER FEM/SCHIEFE RANDBEDINGUNGEN 331
FALLSTUDIE 4: ZU KAPITEL 5 KONZEPT DER FEM/DURCHDRINGUNG 332
FALLSTUDIE 5: Z U KAPITEL 7 ANWENDUNG VON SCHALEN-ELEMENTEN 334
FALLSTUDIE 6: Z U KAPITEL 7.5 ANWENDUNG VON VOLUMEN-ELEMENTEN / M A P P
E D MESHING . 337 FALLSTUDIE 7: Z U KAPITEL 7.5 ANWENDUNG DER
VOLUMEN-ELEMENTE / F R E E MESHING 339 FALLSTUDIE 8: Z U KAPITEL 9
DYNAMISCHE PROBLEME 342
FALLSTUDIE 9: ZU KAPITEL 9.6 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN 345
FALLSTUDIE 10: ZU KAPITEL 10 MATERIALNICHTLINEARITAET 349
FALLSTUDIE 11: ZU KAPITEL 10.4 GEOMETRISCHE NICHTLINEARITAET 352
FALLSTUDIE 12: ZU KAPITEL 11 WAERMELEITUNGSPROBLEME 355
UEBUNGSAUFGABE 4.1 359
UEBUNGSAUFGABE 5.1 360
UEBUNGSAUFGABE 5.2 361
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS I X
UEBUNGSAUFGABE 5.3 363
UEBUNGSAUFGABE 5.4 365
UEBUNGSAUFGABE 5.5 367
UEBUNGSAUFGABE 5.6 370
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UEBUNGSAUFGABE 10.1 383
UEBUNGSAUFGABE 11.1 384
UEBUNGSAUFGABE 11.2 385
MATHEMATISCHER ANHANG 386
QM-CHECKLISTE EINER FE-BERECHNUNG 402
LITERATURVERZEICHNIS 404
SACHWORTVERZEICHNIS 409 |
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