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Profil - Modellierung und Simulation in der Mechanik

 


Modellierung und Simulation in der Mechanik

Im Vordergrund der Modellierung und Simulation steht die Entwicklung neuer physikalisch-mathematischer Modelle, die reale Materialien, Strukturen und technologische Prozesse zutreffend Figure_BSc_1und angemessen abbilden. Numerische Simulationen auf der Grundlage solch adäquater Modelle liefern realistische Vorhersagen über das tatsächliche Verhalten von technischen Systemen und verwendeten Werkstoffen. Darauf basierend ist es zum Beispiel möglich, zahlreiche Crash-Tests im Automobilbau durch entsprechende Computer-Simulationen zu ersetzen. Ein weiteres typisches Anwendungsbeispiel, für das sowohl strukturmechanische Eigenschaften des Produktes selbst als auch die spezifischen Materialeigenschaften von zentraler Bedeutung sind, ist die Simulation von Fertigungsprozessen in der Umformtechnik. Dabei erweisen sich bestehende Simulationsmethoden zum Teil als ineffizient oder ungeeignet in Bezug auf neu entwickelte Modelle heraus. Dies motiviert den Bedarf an Verbesserungen von vorhandenen sowie die Entwicklung neuer Simulationsmethoden.

Die Modellierung und Simulation trägt somit entscheidend dazu bei, das Verhalten von Strukturen und Werkstoffen aber auch die Eigenschaften von herzustellenden Produkten zu prognostizieren, vor ihrer Realisierung zu optimieren, und so den Anteil der in der Regel kostenintensiven "trial and error"-Arbeitsweise bei der Entwicklung neuer Produkte und Verfahren zu reduzieren.  Die grundlegende Herausforderung besteht folglich darin, ein zutreffendes physikalisches Modell zu entwickeln (Modellierung), dieses in ein mathematisches Modell zu überführen und letzteres schließlich mittels eines geeigneten numerischen Verfahrens zu lösen (Simulation). Das Simulationsergebnis sollte im Anschluss mit einem realen Experiment, Bauteil oder Prozess verglichen werden (Verifikation des Modells) und des Weiteren untersucht werden, ob das Modell ebenso auf andere Versuche und Bauteile übertragen werden kann (Validierung).  Darüber hinaus können auf der Grundlage der Modellierung und Simulation auch Strukturen und Materialien untersucht werden, die in dieser Form noch gar nicht hergestellt wurden. Dies ist ein wesentlicher Baustein, um neue innovative funktionale Materialien zu entwickeln.

 

Profilinhalte

Figure_BSc_2Die Vertiefer-Vorlesungen im Rahmen des Bachelor-Studiengangs behandeln die Theorien und grundlegenden Anwendungen des modernen computergestützten Ingenieurwesens. Komplexe Problemstellungen, z.B. im Bereich der Bemessung oder Auslegung von Bauteilen, können nicht mehr analytisch gelöst werden - es sind dazu also numerische und iterative Verfahren notwendig. Numerische Verfahren sind dabei in zahlreichen Bereichen einzusetzen, z.B. beim Lösen nicht-linearer Gleichungssysteme, bei der Differenziation und Integration sowie für die Lösung gewöhnlicher oder partieller Differenzialgleichungen. Für letzteres hat sich im Rahmen der Festkörpersimulation die Finite-Elemente-Methode (FEM) zu einem Standard-Werkzeug entwickelt. Ein weiterer Zweig innerhalb der Vertiefungsrichtung Mechanik besteht in der Vermittlung der Grundlagen der Materialtheorie sowie der zugehörigen numerischen Umsetzung. Diese behandelt Methoden und Prinzipien zur Modellierung von inelastischem Materialverhalten, wie z.B. Plastizität, welche für die Modellierung zahlreicher Materialklassen angewendet werden können. Darüber hinaus werden ebenso klassische Themen des Maschinenbaus wie die Analyse schwingender Strukturen und Bauteile vertieft.

Die Vorlesungen im Rahmen dieses Moduls werden durch computerbasierte Übungen unterstützt, so dass die in den Vorlesungen behandelten Theorien eigenständig implementiert werden und somit wirklich durchdrungen werden können. Die Relevanz für typische Ingenieuranwendungen wird anhand ausgewählter Beispiele verdeutlicht. Zudem wird der Umgang mit kommerziellen Programmumgebungen vermittelt wie z.B. ABAQUS, und MatLab.

Modellierung und Simulation versteht sich als ein grundlagenorientiertes interdisziplinäres Forschungsgebiet, das sich mit zahlreichen Disziplinen kombinieren lässt. Daher sind für dieses Studienprofil mehrere Wahlfächer etabliert, die unter Anderem den Studienprofilen Maschinentechnik, Produktionstechnik und Werkstofftechnik/Werkstoffprüfung entnommen sind.

 

Berufsfelder

Der typische Tätigkeitsbereich von Ingenieuren mit fundiertem Grundlagenwissen in Modellierung und Simulation ist die Forschung und Entwicklung sowie der Bereich der Berechnung, Auslegung und Optimierung bis hin zum Consulting. Basierend auf der grundlagenorientierten Ausbildung erschließen sich interdisziplinäre Bereiche, die über den Maschinenbau und klassische Ingenieurwissenschaften hinausgehen.

 

 

 

 

 


Nebeninhalt

Kontakt

Dr.-Ing. Thorsten Bartel
Tel.: 0231 755-2668