Entwicklungsprojekte

Stabilisierungverfahren in der Finite-Element-Methode

Stabilisierungverfahren in der Finite-Element-Methode

Zielstellung:

Bei nichtlinearer FE-Simulation kommt es unter Umständen zu Konvergenzproblemen während des Lösungsprozesses. Eine Ursache hierfür sind die Stabilitätseingeschaften des betrachteten Systems. Kleine Laständerungen können zu großen Änderungen in den Verformungen führen.

Das Bogenlängenverfahren bietet eine Möglichkeit, diese numerischen Schwierigkeiten zu umgehen. Alternativ können neuere Stabilisierungsmethoden eingesetzt werden, wobei das betrachtete Potenzial modifiziert wird.

Einzelaufgaben:

  1. Aufbereitung des Euler-Stabes hinsichtlich der Stabilitätseingenschaften
  2. nichtlineare Berechnungen mit Imperfektion
  3. Vergleich der unterschiedlichen Lösungsmethoden
  4. Darlegung eines Stabilisierungsalgorithmus
  5. Parameterstudie
Reibung und Wärmeentwicklung

Reibung und Wärmeentwicklung

Zielstellung:

Durch Reibung entsteht Wärme. Die daraus folgende Analyse einer thermo-mechanischen Kopplung, also der Berechnung des Temperaturfeldes und des Verschiebungsfeldes, der beiden Reibpartner ist keinesfalls trivial. Bekannt sind die Arbeitsbilanzen für die Reibarbeit. Ein in Bewegung befindlicher Körper wird gebremst. Die hierfür erforderliche Reibarbeit wird dann in Wärme umgesetzt und führt zu einer Temperaturerhöhung des Körpers. Mit einfachen Bilanzgleichungen kann man ein vereinfachtes Wärmeleitproblem formulieren. Was muss man jedoch tun, diesen Prozess als tatsächlich vollständigen instationären Vorgang abzubilden?

Einzelaufgaben:

  1. Literaturrecherche hinsichtlich einfacher behandelter Probleme
  2. Modellierung von zwei Körpern, wobei die Kontaktflächen parallel sind
  3. Betrachtung möglicher Vereinfachungen
  4. Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, dass eine Entkopplung in der Simulation erfolgreich ist?
  5. Erarbeitung zum Vorgehen für eine Scheibenbremse
Fluid-Struktur-Simulation für einfache Strömungslastfälle

Fluid-Struktur-Simulation für einfache Strömungslastfälle

Zielstellung:

Die Auswirkungen einer Strömung eines umgeben Mediums auf eine feste Struktur sind bei einigen technischen Anwendungen von zunehmender Bedeutung und werden durch die heutigen Simulationstechniken und die verfügbare Rechentechnik einer quantitativen Analyse zugänglich.

Sowohl im Automobilbau als auch im Flugzeugbau ist dies bereits Stand der Technik. Anders gelagert ist dies bei bestehenden Wasserkraftanlagen. Die Auslegung der bis zu hundertjährigen Anlagen erfolgte nach dem damaligen Kenntnisstand. Jedoch sind Ertüchtigungsmaßnahmen für Teile dieser Anlagen nach dem aktuellen Stand der Technik zu führen.

Ziel dieser Arbeit soll es sein, einfache Beispiele mit der verfügbaren Software (ANSYS Fluent, OpenFOAM) zu berechnen.

Einzelaufgaben:

  1. Übernahme der bisherigen studentischen Vorarbeiten
  2. Vervollständigung der vorhandenen Beispiele (Auswertung von Parameterstudien)
  3. Aufnahme elastischer Eigenschaften des Festkörpers
  4. Auswahl eines geeigneten Beispiels
  5. Vergleich der Ergebnisse aus ANSYS und OpenFOAM
Fertigungsgerechte Optimierung

Fertigungsgerechte Optimierung

Zielstellung:

Die Anforderungen an heutige Konstruktionen werden immer höher. Neben Kriterien wie dem Gewicht, dem Festigkeitsnachweis und dem Schwingverhalten spielt die Art der Fertigung eines Erzeugnisses eine wesentliche Rolle. Der Konstrukteur muss sich in den meisten Fällen am Technologen orientieren. Mit Hilfe moderner Tools wie Hyperworks, können Bauteile gezielt optimiert werden. Somit ist es möglich, das Bauteil bereits während der Optimierung in eine dezidierte Form zu zwingen.

Aufgabe des Studenten ist es, anhand von Anwendungsbeispielen die Möglichkeiten des Programmes Hyperworks zu zeigen.

Einzelaufgaben:

  1. Einarbeiten in die Programme HyperMesh (Preprozessor) und OptiStruct (Solver & Postprozessor)
  2. Erarbeiten einfacher eigener - oder bereits vorhandener Beispiele
  3. Anwendungsbeispiel 1: Optimieren des Deckels eines Reaktionsrades (als Fräs- und Blechkonstruktion)
  4. Anwendungsbeispiel 2: Optimierung der Geometrie einer Schalenkonstruktion (Minimierung des Spannungsanteiles der Biegung)
  5. Erstellen einer ausführlichen Dokumentation
Meso-Makro-Übergang

Meso-Makro-Übergang

Zielstellung:

Die mechanische Modellbildung (und damit die numerische Simulation mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode) unterschiedlicher Deformationsvorgänge erfolgt, indem man die zu modellierenden Phänomene im relevanten Skalenbereich betrachtet (z.B.: Schraubverbindung = Modellierung der Gewindegänge, Faserverbundwerkstoff = Faser und Matrix). In technisch relevanten Modellierungen ist es jedoch unmöglich, für jede Schraubverbindung jeden Gewindegang exakt wiederzugeben. Man behilft sich mit der Abteilung sogenannter Ersatz- oder Effektivkenngrößen.

Durch Modellierung feiner Strukturen in einem repräsentativen Volumenelement - RVE - (Meso-Skala) werden über einen Homogenisierungsalgorithmus effektive Parameter für die Modellierung auf der Ebene der Makro-Skala ermittelt.

Eizelaufgaben:

  1. Literaturrecherche
  2. Erstellung einer Übersicht unterschiedlicher Homogenisierungsverfahren
  3. Beispiel einer Materialhomogenisierung mit Hilfe periodischer Randbedingungen; Ersatzparameter für einen 3-Schicht-Verbund von 2 unterschiedlichen, linear-elastischen, isotropen Materialien
  4. Homogenisierung hinsichtlich Wärmeleitung
  5. Homogenisierung für ein RVE mit Schädigung
  6. Zusammenfassung offener Themen
Viskoplastizität: Ein komplexes Materialgesetz - Chaboche

Viskoplastizität: Ein komplexes Materialgesetz - Chaboche

Zielstellung:

Mit der Bearbeitung dieser Studienarbeit soll die Klassifizierung eines Materialgesetzes und die Bestimmung der dazugehörigen Materialparameter anhand von Versuchsdaten aus der Literatur und der vorhandenen Simulationssoftware aufbereitet werden.

Einzelaufgaben:

  1. Literaturrecherche
  2. Simulation von Zugproben an unterschiedlichen einfachen Materialmodellen
  3. Modellierung des komplexen Materialmodells
  4. Parameterstudie
  5. Anwendung auf ein gewähltes technisches problem