Theorie, Umsetzung und Anwendung in einem Projekt
Was ist GlassboxFEM?
GlassboxFEM ist ein didaktisch orientiertes Projekt zur Finite-Elemente-Methode. Es führt fachliche Grundlagen, Elementformulierungen, numerische Verfahren und ihre programmtechnische Umsetzung zusammen.
Zentrale Zusammenhänge sollen sichtbar und überprüfbar bleiben: von der Modellbildung über Freiheitsgrade, Randbedingungen, Lasten und Assemblierung bis zur Lösung und Ergebnisdarstellung.
Zum Projekt gehört daher nicht nur die Anwendung einer FEM-Software. Die theoretischen Herleitungen und umfangreiche Lehrmaterialien bilden eine gleichwertige Grundlage. Sie sollen schrittweise mit nachvollziehbaren Rechenwegen, Beispielen und Programmausschnitten verbunden werden.
Vom Modell zur Auswertung
Aufbau von GlassboxFEM
Die Gliederung folgt dem typischen Ablauf einer FEM-Berechnung. Zugleich trennt sie die Arbeitsschritte so, dass Modellannahmen, Prüfungen, Berechnung und Ergebnisinterpretation nachvollziehbar bleiben.
01 Pre
Im Bereich Pre werden die Eingabedaten eines Modells vorbereitet. Dazu gehören unter anderem Geometrie, Knoten, Elemente, Material- und Querschnittsdaten sowie Randbedingungen und Lasten.02 QCheck
QCheck ermöglicht eine schnelle Kontrolle des Modells auf Geometrie-Ebene. Geometrische Objekte, Lagerungen, Lasten und Bezeichnungen können geprüft werden, bevor die eigentliche Berechnung ausgeführt wird.03 Main
Main umfasst den rechnerischen Kern. Aus den Modelldaten werden die FEMGleichungen aufgebaut, Randbedingungen berücksichtigt und die gesuchten Größen berechnet.04 Vis
Vis dient der Darstellung und Auswertung. Netze, Verformungen, Feldgrößen und weitere Visualisierungen machen den Zusammenhang zwischen Modell, Berechnung und Ergebnis sichtbar.Entwicklung als gemeinsames Lehr- und Projektumfeld
Studentische Beiträge
Die Entwicklung von GlassboxFEM wurde durch studentische Arbeiten und Projektbeiträge unterstützt. Allen Mitwirkenden sei für ihre Beiträge gedankt.
Projektleitung und wissenschaftliche Konzeption
- Prof. Dr.-Ing. Christoph Hermann Richter
Erstentwicklung der Software
- René Reuter, M. Sc.
Weiterentwicklung und Implementierung
- Albert Schütz
- Daniel Mendricks, M. Sc.
- Justin Fiekers
Ausgewählte Beiträge zur Entwicklung von GlassboxFEM
Softwareentwicklung
René Reuter, 2021 – 2022
- Entwicklung der ersten lauffähigen Version von GlassboxFEM
- Aufbau der grundlegenden Programmstruktur
- Erste Nutzerdokumentation
Albert Schütz, 2023, Bachelorarbeit
- Portierung nach Fortran 90 inkl. Grafik
Daniel Mendricks, 2025 –
- Entwicklung linear variierender Lasten über Linien und Knotenketten
- Einführung linearer Koppelgleichungen
- Erweiterung der Vernetzungsalgorithmen um den Coons- (und IsoMetric-) Vernetzer
- Überarbeitung und Erweiterung der Modelle und des Textes zu Kapitel 9
- Umsetzung des Konzeptes der Liniengruppen
- Implementation des Analysemodus “Freie Schwingungen”
Justin Fiekers, 2026, Bachelorarbeit
- Herstellung der MATLAB/Octave-Kompatibilität des bestehenden Octave-Programms
- Erweiterungen zur Ergebnisauswertung: Knotenlinien, Felddifferenzen
- Erweiterungen zu Koppelgleichungen (linien-kongruente Kopplung, Glueing)
- Implementation lokaler Knotenkoordinatensysteme
2026, Bachelorarbeit
- Einbindung eines Dreieckvernetzers
- Erstellung von GlassboxFEM QCheck
Weitere Beiträge
Marko Papenbrock, 2025 (Projekt) und Wilke Brauer, 2026 (Projekt)
- Logo (statisch) und Logo-Animation von GlassboxFEM
Die aufgeführten Beiträge sind beispielhaft und stellen keine vollständige Auflistung aller geleisteten Arbeiten dar.