Studentenprojekte (WS 2013/14)
Als Leistungsnachweis wird in diesem Modul ein kleines Projekt bearbeitet und bewertet (alternative Prüfungsform).
- Die Projekte werden in der zweiten Hälfte des Semesters bearbeitet.
- Das Thema kann eines aus der nachfolgenden Liste oder auch ein eigenes (zur Vorlesung passendes) Thema sein.
- Jeder Student wählt/sucht sich ein Thema und teilt uns dieses zu Beginn seiner Bearbeitungszeit mit.
- Ein Thema kann unabhängig voneinander auch von mehreren Studenten oder Teams bearbeitet werden.
- Ein Projekt kann allein oder in einer Gruppe mit zwei (in Ausnahmen drei) Studenten bearbeitet werden.
- Jedes Projekt muss aus den folgenden drei Teilen bestehen:
- (i) kleines Experiment und dazu passend:
- (ii) numerische Analyse sowie
- (iii) analytische Abschätzung.
- Jeder Student hält über sein Projekt (oder seinen Projektanteil, falls Gruppenarbeit) einen Vortrag von 10 Minuten Dauer.
- Jeder Student fertigt einen kleinen Bericht (oder Berichtsanteil, falls Gruppenarbeit) mit 8 bis 12 Seiten an. Der Bericht eines Zweier-Teams umfasst damit 16 bis 24 Seiten. Bitte unbedingt kennzeichnen wer was geschrieben hat.
- Die Vorträge werden voraussichtlich (*) in der letzten Semesterwoche gehalten.
- Die Berichte sind voraussichtlich (*) drei Wochen später fällig.
- *) Genaueres wird so bald wie möglich bekannt gegeben.
- Bei der Beurteilung achten wir auf die inhaltliche Qualität der Projektteile (Numerisches Modell, Experiment, analytische Abschätzung), auf eine kritische Diskussion der eigenen Methoden und Ergebnisse, eine knappe aber sinnvolle Einleitung sowie auf die Form der Präsentation und des schriftlichen Berichts.
- Achtung, an diesen Spielregeln könnten sich bis zu Beginn der Bearbeitungszeit noch Kleinigkeiten ändern.
Liste möglicher Projektthemen (WS 2014/15)
1 Was bringen Breitreifen?
Messungen und Simulationen zur Normalspannungsabhängigkeit der Reibung. Simulation der Reibpaarung (2D FE-Modell mit Kontaktelementen) mit mikroskopischen Rauhigkeiten und evtl. viskoelastischem Materialverhalten. Für dieses Projekt wäre es gut, wenn evtl. ein alter Plattenspieler vorhanden wäre. Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Simulation und analytischen Abschätzungen.
2 Optimierung des Querschnittsverlaufs eines Kragbalkens
Ein Kragbalken mit Endlast (oder ein 3-Punkt-Biegebalken) soll in seiner Längsrichtung einen nicht konstanten Querschnittsverlauf bekommen, um Festigkeit bzw. Steifigkeit zu optimieren. Unter der Nebenbedingung einer konstanten Balkenmasse soll der Querschnittsverlauf so ermittelt werden, dass (i) die größte auftretende Normalspannung minimiert wird, bzw. (ii) die maximale Durchbiegung w(L) am Balkenende minimiert wird.
3 Optimierung der Auflagerpunkte einer Kreisplatte
Eine kreisförmige Platte (Biegeplatte) ruht auf n = 3, 4, 5, ... Säulen (Auflager mit drehbarer Lagerung). Unter der Annahme einer konstanten Flächenlast sollen die optimalen Stellen für die Lagerpunkte so bestimmt werden, dass (i) die größte Durchbiegung minimiert wird bzw. (ii) größte Normalspannung an der Platteoberseite minimiert wird.
4 Optimierung einer Gitterstruktur ähnlich zum trabekulären Knochen des proximalen Femur
... Ein dem Knochenumbau ähnlicher iterativer Algorithmus soll die Dicke der einzelnen Fachwerkstäbe in Abhängigkeit vom lokalen mechanischen Beanspruchungszustand (z.B. der Dehnungsenergiedichte) solange verändern bis ein homostatischer Zustand eintritt. Evtl. kann der Umbau unter der Nebenbedingung konstanter Masse erfolgen. Mit Hilfe eines kleinen Experiments ... überprüft werden.
5 Simulation eines spannungsoptischen Experiments zur Zuggurtung am Oberschenkelknochen
Zu einem existierenden spannungsoptischen Experiment soll ein passendes FE-Modell entwickelt werden. Das Experiment zeigt einen spannungsoptischen, ebenen Körper aus Araldit in Form eines (2D) Oberschenkelknochens. Der Knochen ist unten - wo das Knie wäre - fest eingespannt und kann von oben her am Hüftkopf in vertikaler Richtung belastet werden. Dabei kann ein Isochromaten-Muster beobachtet werden dass auf die erwartungsgemäße Biegebeanspruchung hinweist. Zusätzlich kann die beim Menschen vorhandene Zuggurtung des "Traktus-illio-tibialis" durch eine spannbare Gewindestange im Experiment berücksichtigt werden. Das FE-Modell soll in der Lage sein die Isochromaten-Muster passend zum Experiment in Abhängigkeit von Hüftkraft und Zuggurtungskraft zu simulieren.
6 Konstruktion und Erprobung eines spannungsoptischen Modells zum "Stress Shielding" bei Hüftimplantaten
Hüftimplantate, die sich hauptsächlich distal im Femur verankern übertragen auch dort hauptsächlich ihre Lasten in den Knochen. Die weiter proximal gelegenen Knochenschalen werden unterstimuliert. Die Folge ist ein unerwünschter Knochenabbau in diesen Bereichen. In diesem Projekt soll ein 2d, spannungsoptisches Modell aus Plexiglas und Aluminium gebaut und erprobt werden. Dazu passende 2d FE-Simulationen und analytische Spannungs-Abschätzungen unterstützen den Konstruktionsprozess.
Die Fertigung des Modells kann evtl. in der Uni-Werkstatt erfolgen (Achtung Fertigungszeit vorher klären!)
7 Konstruktion u. Simulation eines Experiments zu anisotropen Materialien
Passend zur Übungsaufgabe 4 (Teil B "Anisotropic Material") sollen Vorführ-Modelle (für die Vorlesung) aus einem anisotropen Werkstoff entwickelt werden, so dass man die Verformungen leicht zeigen/messen kann und auch die Unterschiede bei der Verformung auf Grund unterschiedlicher Faserorientierung sofort sichtbar sind. Zu den Experimenten sollen passende Simulationen und analytische Abschätzungen gemacht werden. Hier steht und fällt alles damit, dass man einen krass-anisotropen und äußerst nachgiebigen Werkstoff findet, ... so etwas wie einen faserverstärkten Schaumstoff ...
Natürlich sind auch eigene Themen möglich, wenn sie eine ausreichend hohe Verwandschaft zu den vorgestellten Themen bzw. zu den Themen von Vorlesung und Übung aufweisen. Bitte fragt uns dann aber vorher.
Wir wünschen Euch viel Spaß und Erfolg
Ulli und Sebastian