Element-Typ
Aus ESOCAETWIKIPLUS
engl: element type Kategorie: Level 1
Ein Element-Typ ist eine bestimmte Kategorie einer Element-Programmierung im Bereich der Simulation mit der Finite-Element-Methode (FEM).
In der praktischen Anwendung der FEM ist ein wesentlicher Teil der Bearbeitung die Aufteilung des Bauteils in Elemente. Dies wird die Diskretisierung genannt. Vor dieser Diskretisierung muss über den Element-Typ entschieden werden. Denn davon hängt es ab, wie das Bauteil am besten aufgeteilt werden sollte.
Ein Element-Typ ist charakterisiert durch den Typ von Ansatzfunktionen, der zugrunde gelegt wird. Damit simulieren Elemente dieses Typs Eigenschaften wie
- die Steifigkeit in der Strukturmechanik,
- die Leitfähigkeit im Temperaturfeld,
- die Feldeigenschaften beim Magnetfeld usw.
Zur Abbildung der geometrischen Bedingungen sind verschiedene Element-Typen üblich:
- punkt-förmige Elemente: konzentrierte Massepunkte, sie können auch Referenzpunkte für geometrische Konturen wie Kontaktoberflächen darstellen,
- linien-förmige Elemente, Balken-Elemente, Stab-Elemente,
- ebene Elemente: Kontinuums-Elemente für ein ebenes Modell, für 2-dimensionale Modelle mit Rotationssymmetrie, für ebenen Spannungszustand oder ebenen Dehnungszustand,
- Schalen-Elemente: flächige dünnwandige Elemente,
- Volumen-Elemente: 3-dimensional, Hexaeder, Tetraeder, Pyramiden.
Außerdem gibt es für besondere Zwecke weitere Element-Typen wie
- Schaltkreis-Elemente (CIRCU): Elemente für elektrische Schaltkreise (Widerstand, Kapazität, Induktivität..),
- Kombinations-Elemente (COMBIN): Kombinationen verschiedener Eigenschaften (Masse+Feder+Dämpfer..),
- Kontakt-Elemente (CONTAC): Elemente für Kontaktoberflächen, Partner der Zieloberflächen-Elemente,
- Porendruck-Elemente (CPT): Elemente zur Simulation von Porendruck-Simulationen (Wasser im Untergrund),
- Fluid-Elemente (FLUID): Elemente zur Idealisierung von Rohrsystemen (Flüssigkeits-Füllung, Rohrhydraulik, Heiz- oder Kühlkreisläufe..)
- Fernfeld-Elemente (INFIN): diese Elemente werden an den äußeren Oberflächen eines Modells angebracht, um den Fernfeld-Einfluss bis ins Unendliche zu erfassen,
- Dichtungs-Elemente (INTER): Simulation von flachen Dichtungen,
- Matrix-Elemente (MATRIX): Elemente mit numerischen Einträgen für die Elementsteifigkeitsmatrix,
- Vernetzungs-Elemente (MESH): Elemente zur Diskretisierung ohne physikalische Eigenschaften,
- starre Verbindungs-Elemente (MPC): Elemente zur Verbindung über starre Hebel, Modellierung von künstlichen Verbindungen,
- Rohrleitungs-Elemente (PIPE): Simulation des mechanischen Verhaltens von Rohrleitungssträngen (Krümmer, T-Abzweige, Kompensatoren...),
- Faserverstärkte Elemente (REINF): Stahlbeton mit Stahl-Armierung, Kunststoff mit Fasereinlagen,
- Oberflächeneffekt-Elemente (SURF): Elemente zur Verarbeitung von Oberflächeneffekten (Druck, Konvektion, Strahlung...) oder
- Zieloberflächen-Elemente (TARGE): Ziel-Elemente für Kontaktoberflächen, Partner der Kontakt-Elemente.
Für besondere Aufgaben der FEM-Modellierung können auch Elemente ohne eine definierte geometrische Form eingesetzt werden. Dazu zählen Superelemente, die Ansatzfunktionen für einen geometrisch unbestimmten Raum repräsentieren, indem entsprechende Steifigkeitswerte eingesetzt werden.
Die praktische Anwendung
In der praktischen Anwendung ist also nach der Idealisierung der Element-Typ auszuwählen nach den Kriterien:
- Welche Physik soll simuliert werden: Strukturmechanik oder Temperaturfeld oder Magnetfeld oder CFD oder ...?
- Welche "Dimensionalität" wurde bei der Idealisierung gewählt: soll das Modell 3-dimensional oder reduziert 2-dimensional oder weiter reduziert 1-dimensional aufgebaut werden?
- Welche Gestalt soll der Element-Typ haben: Volumen-Element oder Schalen-Element oder ebenes Element oder Balken-Element oder ...?
