Bernd Klein

FEM

Grundlagen und Anwendungen der Finite-Elemente-Methode im Maschinen- und Fahrzeugbau. Mit 12 Fallstudien und 20 Übungsaufgaben

• Broschiertes Buch

Produktbeschreibung

Die virtuelle Produktentwicklung am Rechner ist heute Realität geworden. Methodisch führt dies zur Verknüpfung von 3-D-CAD, MKS, FEM, STRUOPT und Rapid-Prototyping. Hiermit sind die Ingenieure gefordert, rechnerunterstützte Arbeitstechniken gründlich zu erlernen. Kern der CAE-Technik ist die Finite-Element-Methode (FEM), die als universelles Analysewerkzeug tiefe Einblicke in die Elastik, Dynamik, Kinematik/Kinetik sowie das thermische bzw. strömungsmechanische Verhalten von Bauteilen und Systemen ermöglicht. Auf Basis dieser Simulationen sind sichere Vorauslegungen möglich, womit sich Innovationszeiten und Erprobungen verkürzen lassen. Über die Zeit- und Kostenersparnis amortisieren sich FEM-Aufwendungen oft sehr schnell. Dieses Lehr- und Übungsbuch zeigt dies in sehr anschaulicher und verständlicher Weise. Die Fallstudien und Übungsaufgaben ermöglichen ein Selbststudium.
Übungsteil und mathematischer Anhang wurden erweitert.
Der Inhalt:
- Grundlagen der FEM
- Verständnis des Ablaufs und der programmtechnischen Realisierung
- Elementbeschreibung, Konvergenzverhalten, Vernetzung und Gleichungslösung
- Lösung von linearen und nichtlinearen Festigkeitsproblemen
- exemplarische Behandlung von Mehrkörperstrukturen (MKS), Dynamik, Wärmeübertragung und Multiphysik sowie
- Anwendungsregeln, Fehlervermeidung und QS von Ergebnissen
Zu allen Problemgebieten werden gelöste Fallstudien sowie Verständnisaufgaben behandelt.
Die Zielgruppen: Studierende an Hochschulen und Technischen Universitäten
Ingenieure und Techniker

Produktdetails

• Studium
• Verlag: Springer, Berlin / Vieweg+Teubner
• 9., verb. u. erw. Aufl.
• Seitenzahl: 413
• Erscheinungstermin: November 2014
• Deutsch
• Abmessung: 240mm
• Gewicht: 680g
• ISBN-13: 9783834816030
• ISBN-10: 3834816035
• Artikelnr.: 34687920

Autorenporträt

Prof. Dr.-Ing. Bernd Klein hat 10 Jahre in der Industrie verbracht, bevor er an die Universität Kassel berufen wurde. Er leitet dort seit 1984 das Fachgebiet für Leichtbau-Konstruktion. Schwerpunkt seiner Tätigkeit sind Leichtbau/FEM, Konstruktionsmethodik und Betriebsfestigkeit.

Inhaltsangabe

Aus dem Inhalt:
1. Anwendungsfelder und Software
2. Grundgleichungen
3. Matrix-Steifigkeitsmethode
4. Elementkatalog für elastostatische Probleme
5. Kontaktprobleme
6. FEM Ansatz für dynamische Probleme
7. Wärmeübertragungsprobleme
.8. Mehrkörpersysteme
9. Optimierungsproblematik
10. Grundregeln der FEM-Anwendung
11. Fallstudien

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1. Einführung.- 1.1 Historischer Rückblick.- 1.2 Genereille Vorgehensweise.- 2. Anwendungsgebiete.- 3. Grundgleichungen der linearen Finite-Element-Methode.- 3.1 Matrizenrechnung.- 3.2 Gleichungen der Elastostatik.- 3.3 Grundgleichungen der Elastodynamik.- 3.4 Finites Grundgleichungssystem.- 4. Die Matrix-Steifigkeitsmethode.- 5. Das Konzept der Finite-Element-Methode.- 5.1 Allgemei ne Vorgehenswei se.- 5.2 Mathematische Formulierung.- 5.3 Prinzipieller Verfahrensablauf.- 6. Wahl der Ansatzfunktionen.- 7. Elementkatalog für elastostatische Probleme.- 7.1 3D-BALKEN-Element.- 7.2 SCHEIBEN-Elemente.- 7.3 PLATTEN-Elemente.- 7.4 SCHALEN-Elemente.- 7.5 VOLUMEN-Elemente.- 7.6 KREISRING-Element.- 8. Teilstrukturtechnik.- 8.1 Teilstruktur und Hauptnetzkopplung.- 8.2 Elimination der inneren Freiheitsgrade.- 8.3 Zusammenbau zum Hauptnetz.- 8.4 Programmtechnisehe Durchführung.- 9. FEM-Ansatz für dynamische Probleme.- 9.1 Virtuelle Arbeit in der Dynamik.- 9.2 Elementmassenmatrizen.- 9.3 Dämpfungsmatrizen.- 9.4 Eigenschwingungen ungedämpfter Systeme.- 9.5 Freie Schwingungen.- 9.6 Erzwungene Schwingungen.- 9.7 Beliebige Anregungsfunktion.- 10. Grundlagen der nichtlinearen Finite-Element-Methode.- 10.1 Lösungsprinzipien für nichtlineare Aufgaben.- 10.2 Materialnichtlinearität.- 10.3 Geometrische Nichtlinearität.- 10.4 Instabilitätsprobleme.- 11. Finite-Element-Lösung von Wärmeleitungsproblemen.- 11.1 Physi kalische Grundlagen.- 11.2 Diskretisierte Wärmeleitungsgleichung.- 11.3 Lösungsverfahren.- 11.4 Elementierung.- 12. Grundregeln der FEM-Anwendung.- 12.1 Elementi erung.- 12.2 Netzaufbau.- 12.3 Bandbreitenoptimierung.- 12.4 Genauigkeit der Ergebnisse.- 13. Ausblick auf Optimierungsstrategien.- Mathematischer Anhang.- A1 Matrixinversion.- A2 Matrizen-Eigenwertproblem.-A3 Varationsrechnung.- Fallbeispiele.- Sachwortverzeichnis.

Rezensionen

"Die sehr gute Formelzeichensammlung, ein wohl ausreichendes Sachwortverzeichnis, der klare mathematische Aufbau und die guten Bilder erleichtern sicher den Einstieg in dieses Gebiet." (Konstruktion, 5/99)