The Finite Element 方法 (FEM) is a powerful numerical technique for solving complex engineering and physics problems described by 偏微分 方程式。これは、連続領域を「有限要素」と呼ばれるより小さく単純なサブドメインの集合に離散化することによって機能します。これにより、構造解析、熱伝達、流体流れ、電磁気学における問題の近似的な数値解を求めることができます。

(画像はイメージです)
The Finite Element 方法 (FEM) is a powerful numerical technique for solving complex engineering and physics problems described by 偏微分 方程式。これは、連続領域を「有限要素」と呼ばれるより小さく単純なサブドメインの集合に離散化することによって機能します。これにより、構造解析、熱伝達、流体流れ、電磁気学における問題の近似的な数値解を求めることができます。
有限要素法(FEM)のプロセスは、問題領域を有限要素のメッシュ(例えば、2次元では三角形や四角形、3次元では四面体や六面体)に「離散化」することから始まります。各要素内では、未知の場変数(例えば、変位)は、形状関数と呼ばれる単純な多項式関数によって近似されます。要素の節点における場の値が、問題の新たな未知数となります。
領域全体に対する代数方程式系が導出されます。これは通常、最小ポテンシャルエネルギーの原理のような変分原理、またはガラーキン法のような重み付き残差法を用いて行われます。このプロセスにより、各要素に対して「要素剛性行列」[latex][k_e][/latex]が生成されます。この行列は、節点力[latex]{f_e}[/latex]と節点変位[latex]{u_e}[/latex]を[latex][k_e] {u_e} = {f_e}[/latex]で関連付けます。これらの個々の要素行列は、その後、体系的に結合(「組み立て」)されて、構造全体に対する単一のグローバル剛性行列[latex][K][/latex]になります。既知の境界条件(力と拘束条件)を適用した後、結果として得られる大規模な線形方程式系[latex][K] {U} = {F}[/latex]を数値的に解いて、未知の全体変位ベクトル[latex]{U}[/latex]を求めます。節点変位が分かれば、各要素のひずみや応力などの他の量を計算できます。
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有限要素法
(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)
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