Modellbildung und Simulation in der Mechanik (MSM)

Statik und Dynamik

Diese Vorlesung war ursprünglich zweisemestrig.  Es gab im WiSe MMSM-1 (Statik) und im SoSe MMSM-2 (Dynamik).  Nun werden Statik und Dynamik zusammen in einer Vorlesung im WiSe behandelt.  Im SoSe dagegen wird nun die Vorlesung "Computational Biomechanics" ebenfalls für Masterstudenten (vorwiegend für den Studiengang CSE) angeboten. Bei Bedarf in Englisch.

Alle Studierende, die im Sommersemester "Computational Biomechanics" hören wollen und noch keine Vorkenntnisse in "Technischer Mechanik" haben, können und sollten diese notwendigen Vorkenntnisse hier in der Vorlesung MSM erwerben.

Außerdem wird diese Vorlesung (MSM) dringend empfohlen, wenn man sein Praktikum im UZWR ableisten will.

Umfang

Semesterwochenstunden: 2 Vorlesungen / 2 Computerübungen

Dozenten

Dr.-Ing. Ulrich Simon, Lucas Engelhardt, Matthias Kost

Termine im WS 2019/20

Vorlesung (2 SWS) (MATH4024.010)
Termin: Montags, 16:15 - 17:45 (wie im LSF)
Ort: HeHo 22 / E.03 (wie im LSF)
Beginn: 1. Sem.-Woche

Computer-Übung (2 SWS) (MATH4024.020)
Termin: Mittwoch oder Freitags*, 14:15 - 15:45
Ort: MAC-Pool, HeHo 18 / U.41
Beginn: 2. Sem.-Woche

Projekt-Präsentationen
Termin: letzter Übungstermin im Sem.
Ort: MAC-Pool, HH 18 / U.41

Projekt-Berichte
Termin: 3 Wochen nach Präsentationen
Wohin: --> per E-Mail an alle Dozenten
und im CC an alle Verfasser

*) Übungstermin Mittwochs oder Freitags, je nach dem, was besser passt. Wird beim 1. Vorlesungstermin entschieden!

Geplanter Ablauf

Der geplante Ablauf und die Inhalte von Vorlesung und Übung sind auf der Moodle-Seite zum Kurs zu finden (s. Link unten).

Wiederholung

Jeweils im Wintersemester

Studiengang

Master Mathematik, Studenten anderer Fachrichtungen sind sehr herzlich willkommen (wir hatten schon Physiker, Informatiker, Biomechaniker, Chemiker, Ingenieure, ...) und auch wissenschaftl. Mitarbeiter.

Inhalt

In dieser anwendungsorientierten Vorlesung steht das Lösen von gegebenen Differentialgleichungen im Hintergrund! Stattdessen soll gezeigt werden, wie man "vernünftige" Annahmen und Vereinfachungen trifft, um daraus "passende" Differentialgleichungen zu gewinnen. Dabei stehen struktur-mechanische Probleme aus Statik und Dynamik im Vordergrund.  Die Vorlesung behandelt den gesamten Vorgang von Modellbildung über Simulation bis hin zu Verifizierung, Validierung und Auswertung.  In Computerübungen wird die Verwendung von Standardwerkzeugen sowie kommerzieller Simulationssoftware erprobt.  Besondere Vorkenntnisse sind nicht erforderlich.  Eine Reihe von Beispielen, Querverweisen und Übungen haben einen Bezug zur Biomechanik.

Themengebiete/Methoden

  • Grundlagen der Technischen Mechanik (Statik, Elastostatik, Dynamik)
  • Statisches und dynamisches Kräfte- und Momenten-Gleichgewicht
  • Mechanische Prinzipe: Prinzip der virtuellen Verschiebungen (PVV), D'Alembertsches Prinzip, Lagrangesche Gleichungen 2. Art
  • Finite-Elemente-Methode (FEM)
  • Behandlung von Kontaktproblemen
  • Dynamik von Mehrkörpersystemen (MKS)
  • Freie und erzwungene Schwingungen diskreter und kontinuierlicher Systeme
  • Nichtlineare und selbsterregte Schwingungen
  • Knochenumbau-Algorithmen zur Optimierung technischer und biologischer Strukturen

Software

  • Matlab, Matlab/Simulink
  • FEM: Ansys-Workbench, Ansys-APDL, Comsol
  • MKS: MSC.Adams

Alternative Prüfungsform

In der zweiten Hälfte des Semesters wird statt einer mündlichen oder schriftlichen Prüfung ein kleines angewandtes Projekts bearbeitet und so der Leistungsnachweis erbracht. Das Projekt soll in einem kleinen Bericht dargestellt und durch eine Präsentation vor den anderen Kursteilnehmern vorgestellt werden (siehe Unterseite).

Skript

Es gibt zwei Skripte, Statik und Dynamik, die auf der Unterseite "Downloads zur Vorlesung" zu finden sind. Die Skripte sind NICHT verbindlich bzgl. der Vorlesungsinhalte, sondern nur die Vorlesung selbst.

Modulbeschreibung

Modulbeschreibungen zu den Vorgänger-Vorlesungen sind hier verfügbar:  Modulbeschreibung (vorläufig).

Moodle-Seite zum Kurs

Kursteilnehmer erhalten in der Vorlesung einen Code, mit dem sie sich in die Moodle-Kurs-Seite einschreiben können. Auf dieser Seite werden die aktuellen Inhalte der Übungen wöchentlich zur Verfügung gestellt.

Kontakt

Dr.-Ing. Ulrich Simon
Geschäftsführer des UZWR
Helmholtzstraße 20
Raum 1.44 (Zugang über 1.41)
89081 Ulm

Telefon +49 (0)731 50-31700
Telefax +49 (0)731 50-31709
E-Mail

Computerübung