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परिमित तत्व विधि

1943
  • Richard Courant
  • Alexander Hrennikoff
  • Olgierd Zienkiewicz
Finite Element Method applied in structural analysis within an engineering office.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

परिमित तत्व विधि (एफईएम) जटिल इंजीनियरिंग और भौतिकी समस्याओं को हल करने के लिए एक शक्तिशाली संख्यात्मक तकनीक है, जिसका वर्णन इस प्रकार किया गया है: आंशिक विभेदक यह एक सतत डोमेन को छोटे, सरल उपडोमेनों के समूह में विभाजित करके काम करता है, जिन्हें परिमित तत्व कहा जाता है। इससे संरचनात्मक विश्लेषण, ऊष्मा स्थानांतरण, द्रव प्रवाह और विद्युत चुंबकत्व से संबंधित समस्याओं का अनुमानित संख्यात्मक समाधान संभव हो पाता है।

एफईएम प्रक्रिया समस्या क्षेत्र को परिमित तत्वों के जाल (जैसे, 2डी में त्रिभुज या चतुर्भुज, 3डी में चतुष्फलक या षट्फलक) में विभाजित करके शुरू होती है। प्रत्येक तत्व के भीतर, अज्ञात क्षेत्र चर (जैसे, विस्थापन) को सरल बहुपद फलनों द्वारा अनुमानित किया जाता है, जिन्हें आकार फलन कहा जाता है। तत्व नोड्स पर क्षेत्र के मान समस्या के नए अज्ञात बन जाते हैं।

संपूर्ण डोमेन के लिए बीजगणितीय समीकरणों की एक प्रणाली व्युत्पन्न की जाती है, आमतौर पर न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा के सिद्धांत जैसे भिन्नता सिद्धांत या गैलर्किन विधि जैसी भारित अवशिष्ट विधि का उपयोग करके। यह प्रक्रिया प्रत्येक तत्व के लिए एक "तत्व कठोरता मैट्रिक्स" [latex][k_e][/latex] उत्पन्न करती है, जो नोडल बलों [latex]{f_e}[/latex] को नोडल विस्थापनों [latex]{u_e}[/latex] से [latex][k_e] {u_e} = {f_e}[/latex] के माध्यम से संबंधित करती है। फिर इन व्यक्तिगत तत्व मैट्रिक्स को व्यवस्थित रूप से संयोजित ("संयोजित") करके संपूर्ण संरचना के लिए एक एकल वैश्विक कठोरता मैट्रिक्स [latex][K][/latex] बनाया जाता है। ज्ञात सीमा शर्तों (बल और अवरोधों) को लागू करने के बाद, परिणामी रैखिक समीकरणों की विशाल प्रणाली, [latex][K] {U} = {F}[/latex], को अज्ञात वैश्विक विस्थापन सदिश [latex]{U}[/latex] के लिए संख्यात्मक रूप से हल किया जाता है। एक बार नोडल विस्थापन ज्ञात हो जाने पर, प्रत्येक तत्व के लिए विकृति और प्रतिबल जैसी अन्य मात्राओं की गणना की जा सकती है।

UNESCO Nomenclature: 1208
संख्यात्मक विश्लेषण

Type

सॉफ्टवेयर/एल्गोरिदम

व्यवधान

क्रांतिकारी

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • विविधताओं का कलन
  • मैट्रिक्स बीजगणित
  • डिजिटल कंप्यूटरों का आगमन
  • प्रत्यास्थता का सिद्धांत और सतत यांत्रिकी
  • समाधानों का अनुमान लगाने के लिए रेले-रिट्ज़ विधि

आवेदन

  • संरचनात्मक विश्लेषण सॉफ्टवेयर (जैसे, एएनसिस, अबाकस, नास्ट्रान)
  • ऑटोमोटिव क्रैश सिमुलेशन
  • एयरोस्पेस घटक डिजाइन और तनाव विश्लेषण
  • इलेक्ट्रॉनिक घटकों का तापीय विश्लेषण
  • प्रत्यारोपण और ऊतकों का जैवयांत्रिक अनुकरण

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • सर्जनों को प्रशिक्षित करने के लिए नरम ऊतकों के विरूपण के लिए FEM का उपयोग करने वाले वास्तविक समय के सर्जिकल सिमुलेटर
  • ai-driven generative design tools that iteratively optimize a part’s topology using fem feedback
  • predictive ‘digital twins’ of entire cities to manage infrastructure stress and fluid dynamics
  • रोगी-विशिष्ट अंग सिमुलेशन पर आधारित वैयक्तिकृत दवा वितरण मॉडल
  • विनिर्माण से पहले विफलता के तरीकों का पूर्वानुमान लगाने के लिए नवीन मिश्रित सामग्रियों का आभासी परीक्षण
  • भूकंपरोधी भवन डिजाइन के लिए भूकंपीय अनुकरण
  • ध्वनिक modeling of concert halls and speaker enclosures for optimal sound quality
  • पहनने योग्य technology that uses fem to predict tissue stress and prevent pressure ulcers
Related to: finite element method, fem, numerical analysis, simulation, structural analysis, आंशिक विभेदक equations, meshing, computational mechanics.

ऐतिहासिक संदर्भ

परिमित तत्व विधि

1930
1936
1940
1943
1950
1950
1953
1930
1931
1939
1940
1950
1950
1952
1956

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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