Element
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Version vom 5. März 2012, 10:12 Uhr
engl: element Kategorie: Level 1
Ein Element ist hier im Bereich der Simulation mit der Finite-Element-Methode (FEM) ein diskreter Abschnitt des Bauteils bzw. des Gebietes, das berechnet werden soll.
Bei der FEM wird für die Differentialgleichungen, die das Bauteilverhalten beschreiben, ein Ansatz für Abschnitte gewählt und Verbindungsbedingungen dieser Abschnitte berücksichtigt. Für diese Abschnitte ist der Begriff "Element" üblich. Da die Elemente endliche Abmessungen haben, entstand die Bezeichnung "finite Elemente" und "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.
Für jedes Element werden Ansatzfunktionen zugrunde gelegt. Damit wird für das Element die geeignete Eigenschaft für die untersuchte Physik abgebildet, also
- die Steifigkeit in der Strukturmechanik,
- die Leitfähigkeit im Temperaturfeld,
- die Feldeigenschaften beim Magnetfeld usw.
Typen von Elementen
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, Quader, Tetraeder, Pyramiden.
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.
Andere Begriffe
Der Zusammenhang der Elemente eines FEM-Berechnungsmodells erfolgt über die Knoten.
