Höhere Technische Mechanik

Mit der vorliegenden Einführung in die Höhere Technische Mechanik, die sich an Studierende der technischen Wissenschaften wendet, soll eine Lücke zwischen den Grundlagen der Mechanik deformierbarer Körper und einem der wichtigsten numerischen Verfahren, der Methode der Finiten Elemente (FEM), geschlossen werden. Als Voraussetzung für eine kompakte Beschreibung des Inhalts werden die Grundbeziehungen der Tensorrechnung behandelt. Unter Verwendung dieses Kalküls schließt sich die Darstellung der Grundgleichungen sowie des Randwertproblems (RWPs) der linearen Elastizitätstheorie an. Die analytische Lösung des RWPs erfolgt mit dem Ziel, einige Voraussetzungen für die richtige Anwendung von Berechnungssoftware zu schaffen. Mit der Behandlung von Prinzipien der Mechanik wird die näherungsweise Lösung des RWPs vorbereitet. Den Abschluss bilden der klassische Ritz-Ansatz und die durch Modifizierungen daraus abgeleitete FEM. Zum Verständnis des Stoffes tragen zahlreiche Beispiele mit Lösungen bei.

Schließen der Lücke zwischen den Grundlagen der Mechanik deformierbarer Körper und der Methode der finiten Elemente * Moderne Darstellungsformen (Verwendung des Tensorkalküls) Zahlreiche Beispiele mit Lösungen

Inhalt
1 Einführung in die Tensorrechnung.- 1.1 Motivation.- 1.2 Tensorbegriff.- 1.3 Tensorkoordinatentransformation.- 1.4 Tensoralgebra.- 1.4.1 Tensoraddition.- 1.4.2 Tensormultiplikation.- 1.5 Hauptachsentransformation für symmetrische Tensoren zweiter Stufe.- 1.6 Tensorfelder, Differenzialoperationen.- 1.7 Flächenvektor, Gaußscher Integralsatz.- 2 Grundgleichungen der linearen Elastizitätstheorie.- 2.1 Stoffunabhängige Gleichungen.- 2.1.1 Vorbemerkung.- 2.1.2 Statische Grundlagen.- 2.1.2.1 Spannungsvektor, Spannungstensor.- 2.1.2.2 Impulssatz.- 2.1.2.3 Drehimpulssatz.- 2.1.2.4 Gleichgewichtsbedingungen.- 2.1.3 Geometrische Grundlagen.- 2.1.3.1 Bewegung, Verschiebung.- 2.1.3.2 Verzerrung, Rotation.- 2.1.3.3 Kompatibilitätsbedingungen.- 2.2 Stoffabhängige Gleichungen.- 2.2.1 Begründung der Notwendigkeit stoffabhängiger Gleichungen.- 2.2.2 Linearelastisches Materialverhalten.- 2.2.3 Thermoelastizität.- 2.2.4 Orthotropie, transversale Isotropie, Isotropie.- 3 Analytische Lösung des Randwertproblems der linearen Elastizitätstheorie.- 3.1 Motivation.- 3.2 Randwertprobleme der linearen Elastizitätstheorie.- 3.3 Spannungsformulierung bei Isotropie.- 3.3.1 Ebener Spannungszustand.- 3.3.2 Ebener Verzerrungszustand.- 3.4 Verschiebungsformulierung.- 3.4.1 Grundgleichungen der Elastizitätstheorie in Zylinderkoordinaten.- 3.4.2 Das axialsymmetrische Problem.- 3.4.2.1 Definition, Grundgleichungen.- 3.4.2.2 Ebener Spannungszustand.- 3.4.2.3 Ebener Verzerrungszustand.- 3.5 Das Prinzip von de Saint Venant.- 4 Allgemeine Lösungsmethoden.- 4.1 Prinzipe der Mechanik.- 4.1.1 Prinzip der virtuellen Verschiebungen.- 4.1.2 Prinzip vom Minimum des elastischen Gesamtpotenzials.- 4.1.3 Prinzip der virtuellen Kräfte.- 4.2 Das Verfahren von Ritz.- 4.3 Methode der finiten Elemente.- 4.3.1 Einführung.- 4.3.2 Verschiebungsansatz.- 4.3.3 Anwendung des Verfahrens von Ritz auf ein Element.- 4.3.4 FEM für das Grundgebiet.- 4.3.5 Das 4-Knoten-Rechteck-Element.- 4.3.5.1 Verschiebungsansatz.- 4.3.5.2 Elementsteifigkeitsmatrix.- 4.3.5.3 Elementbelastungsvektor.- 4.3.5.4 Grobstruktur eines FEM-Programms.- 4.3.5.5 Ein Beispiel.- Anhang Übungsaufgaben mit Lösungen.- A.1 Aufgaben zu Kapitel 1.- A.2 Aufgaben zu Kapitel 2.- A.3 Aufgaben zu Kapitel 3.- A.4 Aufgaben zu Kapitel 4.

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