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Eigene Vorarbeiten / Arbeitsbericht

Variationsungleichungen wurden bislang von Suttmeier in [Ra97-1] - [Su98-2] für Probleme der Elasto-Plastizität behandelt, die durch Einführung eines Projektionsoperators auf die Fließfläche die Form einer nicht-linearen Variationsgleichung annehmen. Für die Modelle der Hencky- und Prandtl-Reuß-Plastizität konnte das Konzept der gewichteten residualen Fehlerschätzer erfolgreich zur Genauigkeitskontrolle und zur Bestimmung der plastischen Zonen eingesetzt werden. Ferner wurden in diesen Arbeiten effiziente Löser für die entstehenden nichtlinearen Gleichungssysteme eingesetzt, basierend auf Newton-Linearisierung und lokalem Mehrgitterverfahren.

Im Rahmen zweier Diplomarbeiten wurden Studien zur lokalen Defektkorrekturdurchgeführt ([Os97], [Uh98]). Diese erwiesen sich vor allem für Probleme mit vorherrschendem Pollution-Effekt durch lokale Singularitäten (Ecken, Kanten) als einfach handhabbare Mechanismen zur Genauigkeitssteigerung. Die Verfahren lassen sich als multiplikatives Schwarz-Verfahren für zusammengesetzte FE-Räume interpretieren, die hier aber als verbessertes Diskretisierungsverfahren und nicht als Löser eingesetzt werden.

Theoretische Vorarbeiten zur Beschreibung lokaler, geometriebedingter Spannungskonzentrationen finden sich in [Bl88]. Speziell wurden Formeln zur Berechnung der Spannungsintensitätsfaktoren hergeleitet und für die Numerik genutzt, mit deren Hilfe auch Aussagen über den Rand der Konttaktzone möglich sind (vgl. [We94]).

Fehlerkontrolle für Galerkin-artige Methoden zur Diskretisierung für Anfangswertprobleme gewöhnlicher Differentialgleichungen wurden in [Wi98], [Bl99] untersucht. Durch Einsatz spezieller numerischerQuadraturen konnten die bekannten unstetigen und stetigen Galerkin-Techniken in semi-implizite Runge-Kutta-Verfahren überführt werden, die gegenüber den vollbesetzten Galerkin-Verfahren zu einer erheblichen Aufwandsreduktion in jedem Zeitschritt führen. Dabei können die Galerkin-typischen optimalen Fehlerschätzer weitgehend weiterverwendet werden.

Wegen des experimentellen Charakters der Untersuchungen bietet sich für die Implementierung nicht die Verwendung kommerzieller Programme an, die meist nur eingeschränkten Zugriff auf die zur Berechnung der Fehlerschätzer notwendigen Daten ermöglichen. Statt dessen sollen die Berechnungen mit einem in der Arbeitsgruppe entwickelten objektorientierten Finite-Elemente-Code auf JAVA-Basis durchgeführt werden, der aufbauend auf einem separierten Netzverwaltungskonzept ([Bl97], [Bl98]) die Funktionalität des bislang eingesetzten, in F77-geschriebenen, Finite-Elemente-Paketes FEAT2D/FEAT3D ([Bl92], [Ha94]) übernimmt. Weitreichende Erfahrungen in der Finite-Elemente-Software-Entwicklung liegen zudem mit dem Programm-Paket DEAL (C++-Implementierung) vor, das von F.-T. Suttmeier mitentwickelt und bislang an der Universität Heidelberg für verwandte Aufgabenstellungen eingesetzt wurde. Die vorhandene Software ermöglicht die flexible Implementierung von FE-Diskretisierungen hinsichtlich der Netzwahl und der verwendeten Ansatzräume und beinhaltet, für die $h$-Methode, effiziente Lösungskomponenten z.B. auf der Basis lokaler Mehrgitterverfahren.


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sutti
2000-04-17