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 2013/14)
1 Reibkennlinien
Messungen und Simulationen zur Geschwindigkeitsabhängigkeit 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 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.
3 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.
4 Optimierung der Auflagerpunkte eines Hallenbodens
Ein rechteckiger Hallenboden (Biegeplatte) ruht auf vier Säulen (Auflager mit drehbarer Lagerung). Die Lagerpunkte befinden sich innerhalb der Plattenfläche, wogegen die Ränder frei sind. 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. Zusatzfrage: Liegen diese Punkte auch gleichzeitig an Knotenlinen einer Biegeeigenschwingung der freien Platte?
5 Optimierung eines Doppel-T-Trägers
Ein Kragbalken mit Endlast (oder ein 3-Punkt-Biegebalken) mit Doppel-T-Profil soll zur Gewichtsreduktion Bohrungen im Mittelsteg auf Höhe der neutralen Faser bekommen. Diese Bohrungen sollen zu einer Gewichtsreduktion von 10% führen. Wo müssen wie große Bohrungen angebracht werden, damit (i) die Steifigkeit bzw. (ii) die Festigkeit des Balkens maximiert wird?
6 Gestaltoptimierung eins Rades analyog zu einem Knochenumbau-Algorithmus
Ein einfaches vollflächiges Rad wird am Außenkranz fest eingspannt und an der Nabe durch ein Moment belastet (statisches 2D Modell mit ebenem Spannungszustand). Der initiale Zustand sei durch eine Radscheibe mit konstanter Dicke gekennzeichnet. Ein dem Knochenumbau ähnlicher iterativer Algorithmus soll die Dicke der einzelnen finiten Elemente in Abhängigkeit vom lokalen mechanischen Beanspruchungszustand (z.B. der Dehnungsenergiedichte) solange verändern bis ein homostatischer Zustand eintritt. Ggf. einsteht ein "selbstorganisiertes" Dicken-Muster, es bilden sich speziell geformte "Speichen" aus. Evtl. kann der Umbau unter der Nebenbedingung konstanter Masse erfolgen. Mit Hilfe eines kleinen Experiments sollen die Drehsteifigkeiten einiger verschiedener Speichenrad-Varianten gemessen werden.
7 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.
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