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유한 요소법

1943
  • Richard Courant
  • Alexander Hrennikoff
  • Olgierd Zienkiewicz
엔지니어링 사무실에서 구조 해석에 적용되는 유한 요소법.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

The Finite Element 방법 (FEM) is a powerful numerical technique for solving complex engineering and physics problems described by 부분 미분 이 방법은 연속적인 영역을 '유한 요소'라고 하는 더 작고 간단한 하위 영역들의 집합으로 이산화하는 방식으로 작동합니다. 이를 통해 구조 분석, 열 전달, 유체 흐름 및 전자기학 분야의 문제에 대한 근사적인 수치 해법을 구할 수 있습니다.

유한 요소법(FEM)은 문제 영역을 유한 요소 메쉬(예: 2D에서는 삼각형 또는 사각형, 3D에서는 사면체 또는 육면체)로 '이산화'하는 것으로 시작됩니다. 각 요소 내에서 미지의 장 변수(예: 변위)는 형상 함수라고 하는 간단한 다항 함수로 근사화됩니다. 요소 절점에서의 장 값은 문제의 새로운 미지수가 됩니다.

전체 영역에 대한 대수 방정식 시스템은 일반적으로 최소 포텐셜 에너지 원리와 같은 변분 원리 또는 갤러킨 방법과 같은 가중 잔차법을 사용하여 도출됩니다. 이 과정을 통해 각 요소에 대한 '요소 강성 행렬'[k_e][/latex]이 생성되며, 이 행렬은 절점 힘[latex]{f_e}[/latex]과 절점 변위[latex][latex]{u_e}[/latex]를 [latex][k_e] {u_e} = {f_e}[/latex]의 관계로 연결합니다. 이러한 개별 요소 행렬은 체계적으로 결합('조립')되어 전체 구조에 대한 단일 전역 강성 행렬[latex][K][/latex]을 생성합니다. 알려진 경계 조건(힘과 구속 조건)을 적용하면 결과적으로 생성되는 대규모 선형 방정식 시스템 [latex][K] {U} = {F}[/latex]을 수치적으로 풀어 미지의 전체 변위 벡터 [latex]{U}[/latex]를 구할 수 있습니다. 절점 변위가 알려지면 각 요소에 대한 변형률 및 응력과 같은 다른 물리량을 계산할 수 있습니다.

UNESCO Nomenclature: 1208
수치해석

유형

소프트웨어/알고리즘

분열

혁명가

용법

널리 사용됨

전구체

  • 변분법
  • 행렬 대수
  • 디지털 컴퓨터의 등장
  • 탄성 이론 및 연속체 역학
  • Rayleigh-Ritz 방법을 이용한 근사해 구하기

응용 프로그램

  • 구조 해석 소프트웨어 (예: ANSYS, ABAQS, Nastran)
  • 자동차 충돌 시뮬레이션
  • 항공우주 부품 설계 및 응력 분석
  • 전자 부품의 열 분석
  • 임플란트 및 조직의 생체역학적 시뮬레이션

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

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관련 용어: 유한 요소법, FEM, 수치 해석, 시뮬레이션, 구조 해석, 편미분 방정식, 메싱, 전산 역학.

역사적 맥락

유한 요소법

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

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

관련 발명, 혁신 및 기술 원칙

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