3.4 Elementsformulierung



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3.4 Elementsformulierung

 

Das einfachste Element zur räumlichen Diskretisierung eines beliebig geformten Gebietes ist das Tetraederelement. Möchte man für ein Tetraederelement eine komplettes Interpolationspolynom n-ter Ordnung definieren, so benötigt man Elementsknoten.

Eine lineare Variation des Potentials kann allgemein durch

ausgedrückt werden. Möchte man eine quadratische Variation des Potentials im Element zulassen, so ist ein quadratisches Polynom

zu wählen.

Die in den Abbildungen 3.1, 3.3 und 3.5 gezeigte Elementsauflistung entspricht üblichen Elementen, wie sie zur Diskretisierung dreidimensionaler Strukturen mit quadratischen Formfunktionen (Polynomen) verwendet werden. Arbeitet man mit linearen Formfunktionen, so sind die Kantenmittenknoten zu streichen. Für das gezeigte Tetraederelement existieren also nur die Knoten 1 - 4 als Stützpunkte.

Von isoparametrischen Elementen spricht man, wenn für die Beschreibung der gekrümmten Elementsberandung die gleichen Polynome wie für die Funktionsinterpolation verwendet werden. Da die Abbildungen nur geradlinige Kanten bei quadratischen Formfunktionen zeigen, handelt es sich hier nicht um isoparametrische Elemente, sondern um sogenannte subparametrische Elemente. Die Abbildungen 3.1, 3.3 und 3.5 zeigen die Elemente in allgemeiner Lage. Für die weiteren Berechnungen ist es aber günstig (siehe auch Abschnitt 3.5.1), sie durch eine lineare Transformation zu normieren.

  

  

  

In dieser Arbeit wird für den dreidimensionalen Fall mit Tetraederelementen und im zweidimensionalen Fall mit Dreieckselementen gearbeitet. Der Anwender kann zwischen linearen und quadratischen Polynomen als Elementsformfunktionen wählen. Außerdem kann das Programmpaket Hexaederelemente verarbeiten. Diese werden vor dem Assemblieren in Tetraederelemente zerteilt. Wie die Elemente zerlegt werden müssen, um ein reguläres Gitter zu erhalten, zeigt Abschnitt 5.2.1.4.



Martin Stiftinger
Fri Nov 25 16:50:24 MET 1994