41525 Finite Element Metoder

2023/2024

Kurset har skiftet navn fra "FEM Heavy" til "Finite Element Metoder" fra E20
Kursusinformation
Finite Element Methods
Engelsk
10
Kandidat
Kurset udbydes som enkeltfag
E5 (ons 8-17)
Campus Lyngby
Forelæsninger og computerøvelser
13-uger
Bedømmelse af opgave(r)/rapport(er)
Samlet bedømmelse af 3 individualiserede rapporter udarbejdet i tomandsgrupper, byggende på FEM-koder programmeret og anvendt af de studerende gennem kurset. Rapporterne afleveres henholdsvis kursusugerne 5, 10 og 13.
Alle hjælpemidler er tilladt
7-trins skala , intern bedømmelse
Grundlæggende forståelse for flerdimensionale tøjninger og spændinger samt programmeringserfaring f.eks. 41502 og 02631. Andre faststofmekaniske fag er ønskelige, f.eks. 41560 og 41516.
Ole Sigmund , Lyngby Campus, Bygning 404, Tlf. (+45) 4525 4256 , olsi@dtu.dk
Brian Nyvang Legarth , Lyngby Campus, Bygning 404, Tlf. (+45) 4525 4257 , bnle@dtu.dk
41 Institut for Byggeri og Mekanisk Teknologi
I studieplanlæggeren
Kontakt underviseren for information om hvorvidt dette kursus giver den studerende mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk
Overordnede kursusmål
Computerberegninger af det mekaniske response for maskindele, strukturer og konstruktioner er en basal ingeniørdisciplin under stadig udvikling og udbredelse, også inden for nye teknologier som Industri 4.0, digitale tvillinger, biomekanik, life sciences og additiv fremstilling / 3d print. Finite Element Metoden (FEM) udgør den altdominerende computerberegningsmetode til modellering af faststofmekaniske problemer og kobles til og anvendes også inden for adskillige andre fysiske domæner såsom strømninger, akustik, termodynamik og elektromagnetisme. Målet for kurset er at lære de studerende grundlæggende og avancerede FEM gennem teoriudvikling og programmering af egen FE kode og anvendelser inden for lineær og ikke-lineær elasticitet. Slutningen af kurset består af et større programmeringsprojekt, hvor studerende kan vælge mellem emner som f.eks.: tidsafhængighed, koblede termomekaniske problemer, fluid-struktur interaktion, plader, plasticitet eller akustisk-strukturel interaktion, hvor nogen af dem kan kombineres med strukturelt design gennem topologioptimering.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Anvende virtuelt arbejdes princip til at opstilling af finiteelement ligninger
  • Programmere Finite Element Metoder for gitter- og kontinuumsstrukturer
  • Anvende Finite Element Metoder til løsning af statiske og dynamiske mekaniske problemer
  • Løse ikke-lineære materiale- og geometriproblemer ved brug af explicitte og implicitte løsningsmetoder
  • Optimere simple mekaniske strukturer på basis af Finite Element beregninger
  • Programmere iso-parametriske elementer på basis af numerisk integration
  • Verificere rigtigheden af beregninger ved hjælp af test-problemer og sammenligning med analytiske løsninger
  • Vurdere kvaliteten af en Finite Element Model når den eksakte fysiske løsning er ukendt
  • Vurdere kvaliteten af Finite Element beregninger på basis af konvergensanalyser
  • Præsentere resultater fra Finite Element analyser i en overskuelig, letforståelig og effektiv form
  • Opstille virtuelt arbejdes princip i kontinuert og diskret form for løsning af vilkårlige partielle differentialligninger
  • Planlægge et større Finite Element programmeringsprojekt og selvstændigt foreslå og udføre relevante testeksempler
Kursusindhold
Kurset “Finite Element Metoder” fokuserer på teoretiske forelæsninger kombineret med computerøvelser i Matlab og Fortran i tomandsgrupper. Dækkede emner inkluderer: virtuelt arbejdes princip; gitterelementer; isoparametriske elementer og numerisk integration; løsning af store ligningssystemer; eksplicitte og implicitte ikke-lineære inkrementelle løsningsmetoder; geometriske og materiale ikke-lineariteter og topologioptimering. Som en del af kurset vil de studerende opbygge deres eget Finite Element program og anvende det til at modellere simple geometrier. Kommercielle Finite Element koder vil kun blive anvendt til pre-processering. Valget af endeligt projekt (se forslag ovenfor) kan afhænge af forkundskaber.
Litteraturhenvisninger
Cook, Malkus, Plesha and Witt, "Concepts and Applications of Finite Elements Analysis", Wiley, 4th edition, 2002.
Sidst opdateret
04. maj, 2023