felületelemek

Felületelemeknek nevezzük a számítógépes numerikus szimulációkban használt 2D elemeket, amelyek egy háromdimenziós térben elhelyezkedő felületet discretizálnak. Ezek az elemek a felület geometriáját és mechanikai viselkedését modellezik, miközben a vastagságot gyakran valamely vékony rétegként vagy ideális síkként kezelik. A felületelemeket széles körben alkalmazzák a vékony héjak, membránok és egyes hő- vagy szóródási folyamatok modellezésére is.

Típusai közé tartoznak a háromszög (triangle) és négyzet (quadrilateral) alakú felületelemek. Lebonthatók lineáris és magasabb rendű (például másod- vagy harmadrendű) elemekre. Gyakorlati megoldásokban gyakran isoparametrikus formulációval dolgoznak: a geometria és a kifejtett mennyiségek a referenciapottern keresztül íródnak át a valódi felületre. A felületelemek lehetnek sík felületek vagy görbületet tartalmazó, adaptable hálóként működhetnek, ami a felület geometriájának összetettségétől függ.

Matematikai alapja a felületi szerkezet (stressz, elmozdulás, hő és egyéb mennyiségek) számítása a felülírt felületen, a tangens vetületek és a metrika felhasználásával. Az elemeket általában Gauss-uralom szerinti integrálással (gauss-kvantálás) területileg integrálják. A felületelemeket gyakran használják héj- vagy membránmodellben, ahol a vastagságot leegyszerűsítik, miközben a felület marad a fő számítási dimenzió.

Előnyük, hogy kevesebb DOF-ot igényelnek 3D-nél, gyorsabbak és egyszerűbbek vékony szerkezetek modellezésére. Korlátuk, hogy 3D stress-állapotok vagy mélyebb héjrendszerek felé történő ábrázolásra nem mindig elegendőek vastagság nélkül, és a görbületváltozások nagy maradandó pontosságot igényelhetnek.

---