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The main goal of the seminar is to enable the students to implement theory and methods taught in ‘Finite Element Methods in Linear Structural Mechanics’ in an object-oriented finite element program for the analysis of engineering structures.

The seminar brings together the theory of finite element methods and object-oriented programming. Finite element theory becomes alive within a finite element program developed by the students. In order to gain insight in both topics – object-oriented programming and finite element theory – students implement an object-oriented finite element program for the analysis of spatial truss structures. This combination of the theory of numerical methods with object-oriented programming provides an inspiring basis for the successful study of computational engineering. In the lecture, the fundamentals of the finite element method and object-oriented programming are briefly summarized. Then, the programming part of the course comprises two parts. In the first part, the topic is fixed: Students individually develop an object-oriented finite element program for the linear analysis of spatial truss structures. The program is verified by means of the static analysis of a representative benchmark and afterwards applied for the numerical analysis of an individually designed spatial truss structure. In the second part, students can choose between different options. Either, the application developed in the first part is extended to more challenging problems (nonlinear analysis, other element types, etc.) or students switch to an existing object-oriented finite element package (e.g. Kratos) and develop an extension to that software.

In dieser Lehrveranstaltung lernen Studierende die theoretischen Konzepte und Methoden aus der Lehrveranstaltung „Lineare Finite-Elemente-Methoden“ in einem objektorientieren Finite-Elemente-Programm umzusetzen und zur Analyse von Tragstrukturen der Ingenieurpraxis einzusetzen.

Das Seminar verbindet die Theorie der Finite-Elemente-Methode (FEM) mit objektorientieren Programmierkonzepten. Die bekannten theoretischen Grundlagen der FEM werden von den Studierenden eigenständig in einem selber zu entwickelnden Computerprogramm zur Berechnung räumlicher Stabtragwerke umgesetzt. Dabei gewinnen Studierende vertiefte Einblicke in wesentliche Aspekte der Implementierung der FEM als auch in die Möglichkeiten, die sich aus der Nutzung objektorientierter Programmierparadigmen für die Umsetzung numerischer Verfahren ergeben. In der Lehrveranstaltung werden zu Beginn die wichtigsten Grund-lagen der FEM und der objektorientierten Programmierung kurz zusammengefasst. Die anschließende Projektarbeit bildet den Schwerpunkt des Kurses und umfasst zwei Teile. Das Thema des ersten Teils ist festgelegt: Die Studierenden entwickeln selbststän-dig ein objektorientiertes FE-Programm zur linearen statischen Analyse räumlicher Stabtragwerke. Das Programm wird mittels ei-nes repräsentativen Benchmarkproblems verifiziert und dann zur Analyse einer eigenen Tragstruktur eingesetzt, die entweder selber entworfen wird oder sich an einem existierenden Bauwerk orientie-ren kann. Im zweiten Teil können Studierende entweder ihr im ers-ten Teil entwickeltes Programm erweitern und auf anspruchsvollere Problemstellungen anwenden (nichtlineare Berechnung, weitere Elementtypen, etc.). Alternativ besteht die Möglichkeit, im zweiten Aufgabenteil ein existierendes objektorientiertes FE-Programm, z.B. Kratos, um zusätzliche Materialmodelle oder Elementformulie-rungen zu erweitern.