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Ingenieurwissenschaften Konstruktion – Finite-Elemente-Methode

14 KartenIngenieurwissenschaftenatrio26.10.2026Nur mit Link

Karteikarten zum Thema „Ingenieurwissenschaften“ · 14 Karten · von atrio. Beispiele: Was ist das Grundprinzip der Finite-Elemente-Methode (FEM)? · Welche dre…

Karten

14 Karten
STANDARD

Was ist das Grundprinzip der Finite-Elemente-Methode (FEM)?

Rückseite

Ein kontinuierliches Strukturproblem wird in endlich viele diskrete Elemente unterteilt, deren Verhalten durch Gleichungssysteme approximiert wird.

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Welche drei Hauptschritte umfasst der FEM-Lösungsprozess?

Rückseite

Vorverarbeitung (Vernetzung, Randbedingungen), Lösen des linearen Gleichungssystems, Nachverarbeitung (Spannungen, Verformungen visualisieren).

STANDARD

Unterscheide 1D-, 2D- und 3D-Elemente anhand typischer Anwendungen.

Rückseite

1D: Balken/Stäbe (Tragwerke); 2D: Schalen/Platten (Bleche); 3D: Volumenelemente (komplexe Geometrien, Gussbauteile).

STANDARD

Was beschreibt die Formfunktion (Shape Function) eines Finite Elements?

Rückseite

Sie interpoliert die Verschiebungen innerhalb des Elements aus den Knotenverschiebungen und definiert das Verformungsverhalten.

STANDARD

Wie wird die Elementsteifigkeitsmatrix mathematisch hergeleitet?

Rückseite

Über das Prinzip der virtuellen Arbeit: Ke = ∫ Bᵀ D B dV, wobei B die Ableitungen der Formfunktionen und D das Materialgesetz enthält.

STANDARD

Erkläre den Assembly-Prozess (Zusammenbau) der globalen Steifigkeitsmatrix.

Rückseite

Elementsteifigkeitsmatrizen werden über gemeinsame Knoten aufaddiert; die globale Matrix verknüpft alle Freiheitsgrade des Gesamtsystems.

STANDARD

Was ist der Unterschied zwischen Dirichlet- und Neumann-Randbedingungen?

Rückseite

Dirichlet: vorgegebene Verschiebungen (kinematisch); Neumann: vorgegebene Kräfte/Fließgrößen (natürlich) an Rändern.

STANDARD

Wann liegt Konvergenz der FEM-Lösung vor?

Rückseite

Bei Netzverfeinerung nähert sich die numerische Lösung der exakten Lösung; Fehler nimmt mit Elementgröße h potenziell ab (h-Konvergenz).

STANDARD

Wie werden Spannungen aus den berechneten Knotenverschiebungen ermittelt?

Rückseite

σ = D · B · uₑ: Materialgesetz mal Dehnungs-Verschiebungs-Matrix mal Elementknotenverschiebungen – meist an Gaußpunkten ausgewertet.

STANDARD

Was sind Spannungssingularitäten und wo treten sie typischerweise auf?

Rückseite

Theoretisch unendliche Spannungen an scharfen Innenecken, Kerben oder Lastangriffspunkten – physikalisch durch Plastizität oder Rundungen begrenzt.

STANDARD

Wie prüfst du Netzunabhängigkeit der Ergebnisse?

Rückseite

Vergleiche Spannungsergebnisse bei systematischer Netzverfeinerung; Unterschied < 5 % deutet auf ausreichende Diskretisierung hin.

STANDARD

Unterscheide lineare und nichtlineare FEM-Analyse.

Rückseite

Linear: Superposition gilt, Steifigkeit konstant; Nichtlinear: geometrisch (Großverformung), material (Plastizität) oder Kontakt – erfordert inkrementelles Lösen.

STANDARD

Welche Kenngrößen bewertest du im Postprocessing zur Strukturbeurteilung?

Rückseite

Vergleichsspannung (von Mises), Hauptspannungen, Verformungen, Sicherheitsfaktoren, Knicklastfaktoren – abhängig vom Nachweiskonzept.

STANDARD

Was versteht man unter Verifikation und Validierung in der FEM?

Rückseite

Verifikation: numerische Richtigkeit der Lösung (Code, Netz); Validierung: Übereinstimmung Modell mit realem physikalischem Verhalten (Versuch).

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