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 GlassboxFME
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.Beispiel: zeitabhängig belastete Lochscheibe
Ein Blick auf GlassboxFME
Das Beispiel verbindet Modellbildung, zeitabhängige Belastung, Diskretisierung und Ergebnisdarstellung. Die Abbildungen zeigen verschiedene Ebenen derselben Aufgabenstellung – von der Skizze bis zur visualisierten Lösung.
Vom Lastverlauf zur zeitabhängigen Verformung
Animation
Die Animation führt die Belastungszustände zu einem zeitlichen Ablauf zusammen.
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.