Freiheitsgrad

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engl: degree of freedom          Kategorie: Level 1

Allgemeine Informationen hierzu finden Sie zum Beispiel bei wikipedia:Freiheitsgrad

Simulation

Ein Freiheitsgrad ist bei einer FEM-Aufgabe ein Wert, der an einem Knoten als Unbekannte zugrunde gelegt wird. Die Lösung der FEM-Aufgabe hat das Ziel, diesen unbekannten Wert zu berechnen.

Im Wortsinn ist ein Freiheitsgrad die Bewegungsmöglichkeit des Knotens des FEM-Netzes. Diese Bedeutung ergab sich aus den ersten Anwendungen der FEM in der Strukturmechanik, bei denen sich die Knoten des Netzes verschieben können. Diese Freiheit der Knoten hat zu dem Begriff geführt.

Die Freiheitsgrade sind je nach Element-Typ unterschiedlich. Die Freiheitsgrade stellen die Grundlage der Element-Ansatzfunktion dar. Sie repräsentieren je nach der physikalischen Disziplin unterschiedliche Größen:

• Verschiebungen in mehreren Raumrichtungen (ux,uy,uz) in der Strukturmechanik,
• Verdrehungen um mehrere Raumachsen (rotx,roty,rotz) in der Strukturmechanik,
• Temperatur (temp) in Temperaturfeldberechnungen,
• Druck (pres) in der Strömungsmechanik und der Strukturmechanik,
• elektrische Spannung (volt) in Berechnungen von elektrischer Leitung,
• elektrisches Potential (volt) in Berechnungen von elektrischen Feldern,
• Magnet-Potential (mag) in Magnetfeldberechnungen,
• Geschwindigkeiten (vx,vy,vz) in der Strömungsmechanik,
• ...

Selbststudium

Zum Selbststudium ist für ein einfaches Beispiel ausführlich dargestellt, wie eine Aufgabenstellung der Strukturmechanik mit einem Modell mit der Finite-Elemente-Methode gelöst wird.

Sonstige Begriffe

Bei der Berechnung von analogen Potentialfeldern können die Freiheitsgrade des numerischen Modells auch andere physikalische Größen repräsentieren.