
Finite-Elemente-Methode
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Content
- Intro
- Inhalt
- Einleitung
- 1 GNU Octave und MATLAB in a Nutshell
- 1.1 GNU Octave und MATLAB
- 1.2 Arbeiten mit Matrizen und Vektoren
- 1.3 Skripte und Funktionen schreiben
- 1.4 Elementare Kontrollstrukturen und Vektorisierung
- 1.5 Logische Ausdrücke, Zugriffe und Suchen
- 1.6 Plotten und Visualisieren
- 1.7 Daten importieren und exportieren
- 2 Motivation, Modellbildung und Anwendungsbeispiele
- 2.1 Die Wärmeleitungsgleichung
- 2.2 Elektro- und Magnetostatik
- 2.3 Transportphänomene mit Konvektion und Stoffabbau
- 2.4 Fishers-Gleichung: Populationsmodell mit beschränktem Wachstum
- 2.5 Klassifikation von partiellen Differentialgleichungen
- 3 Finite Elemente in 1D
- 3.1 Funktionen approximieren und numerisch integrieren
- 3.2 Variationsformulierung elliptischer Randwertprobleme
- 3.3 Ritz-Galerkin-Verfahren für elliptische Randwertprobleme
- 3.4 Implementierung in 1D mit linearen Elementen
- 3.5 Elemente höherer Ordnung
- 3.6 Praxisbeispiel: Wärmeleitung in einem homogenen Stab
- 4 Finite Elemente in 2D
- 4.1 Variationsformulierung und Galerkin-Verfahren
- 4.2 Assemblierung und Implementierung
- 4.3 Ausblick auf hierarchische Basen, Elemente höherer Ordnung und isoparametrische Elemente
- 4.4 Fehlerabschätzungen und Konvergenzverhalten
- 4.5 Kondition, iterative Löser und Vorkonditionierung
- 4.6 Praxisbeispiel: Heizen mit offener Tür
- 5 Gemischte Randwerte und Gitterdatenstrukturen
- 5.1 Gmsh als Gittergenerator
- 5.2 Gitter-Datenaufbereitung und -struktur
- 5.3 Implementierung von gemischten Randwert-Problemen
- 6 Fehlerschätzer und Gitteranpassungen
- 6.1 Gradientenrekonstruktion und Z2-Fehlerindikator
- 6.2 Algorithmus zur Gitterverfeinerung
- 6.3 Ausblick: weitere Fehlerschätzer und Fehlerindikatoren
- 6.4 Praxisbeispiel: E-Feld um Kondensatorplatten
- 7 BDF-Verfahren für zeitabhängige Modelle
- 7.1 Vertikale Linienmethode
- 7.2 Steife Probleme und BDF-Mehrschrittverfahren
- 7.3 Fehlerabschätzung für parabolische Differentialgleichungen
- 7.4 Algorithmische Umsetzung und Implementierung
- 7.5 Adaptivität in der Zeit und Schrittweitensteuerung
- 7.6 Praxisbeispiel: FEM-Modell als Strecke eines Regelkreises
- 8 Konvektionsdominierte Gleichungen
- 8.1 Stromliniendiffusion
- 8.2 Assemblierung der zusätzlichen Terme
- 8.3 Numerische Experimente zur Konvergenz und Stabilität
- 8.4 Praxisbeispiel: Schadstofftransport im Wasser
- 9 Nichtlineare Modelle
- 9.1 Ansatz über Fixpunkt- bzw. Picard-Iteration
- 9.2 Praxisbeispiel 1: Populationsmodell mittels Fishers-Gleichung
- 9.3 Praxisbeispiel 2: Magnetostatik mit nichtlinearer Permeabilität
- 10 Navier-Stokes-Gleichungen und Projektionsverfahren
- 10.1 Navier-Stokes-Gleichungen in der Strömungsmechanik
- 10.2 Stokes-Gleichung
- 10.3 Stattelpunkt-Probleme und die Inf-Sup-Bedingung
- 10.4 Das Taylor-Hood-Element
- 10.5 Implizites Projektionsverfahren nach Chorin
- 10.6 Driven-Cavity-Problem und Beispielimplementierung
- 10.7 Fluss um einen Zylinder als Übungsproblem
- 11 Ausblicke auf moderne Lösungsverfahren
- 11.1 Mehrgitterverfahren
- 11.2 Domain-Decomposition und Parallelisierung
- Literatur
- Index
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