Praktikum SiSo WS 2019/2020

Kurs beginnt in der ersten Semesterwoche!

Die Übungsaufgaben, Materialien, kleine Tests und Musterlösungen werden nicht mehr hier auf der Homepage, sondern auf einer

-->  Moodle-Seite zum Kurs

zur Verfügung gestellt.  Für den Zugang ist dort eine Anmeldung mit Kennwort erforderlich, das wir beim ersten Termin bekanntgeben werden.

Die Übungsaufgaben hier unten auf der Seite sind lediglich eine ältere Auswahl zur groben Orientierung.

Methodenübersicht

Ein guter Handwerker haut die Nägel nicht mit der Kombizange in die Wand.  Eines der wichtigsten Fähigkeiten bei (eigentlich: vor) der Benutzung von Software ist es, zur jeweiligen Fragestellung die richtige Software auswählen zu können.  Dazu aber braucht es auch etwas Erfahrung.  Auf der einen Seite muss man wissen, was es für Werkzeuge gibt und wie sie funktionieren, auf der anderen Seite muss man in der Lage sein, die Aufgabenstellungen zu erkennen, zu unterscheiden und einzuteilen.  Dann erst kann man die passenden Werkzeuge zur Aufgabe auswählen.

Download:


Praktikum 01 (Mo., 19.10.2017): "Statik 1: Einführung in Ansys"

Themen:

  • Organisatorisches
  • Auffrischung Techn. Mech.: Statik u. Elastostatik
  • Einführung in Ansys Workbench
  • Balkenbiegung, Spannungs- und Dehnungsanalysen
  • Beispiel: Kragbalken

Software:

  • Ansys Workbench 15.0 (oder besser) mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Einführung:

Aufgaben:

Ergebnisse:

  • siehe Bild

Kragbalken, Normalspannung, axial

Praktikum 02 (26.10.2017): "Fortsetzung Statik 1: Einführung in Ansys"

siehe Praktikum 1 (oben)

  • insbesondere sollte nun auch die 2D und 1D Modellierung des Kragbalkens von allen durchgeführt werden.

Praktikum 03 (02.11.2017): "Statik 2: Verifikation & Validierung

Themen:

  • Verifikation: Plausibilitätsprüfung & Konvergenzanalysen
  • Validierung: Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentellen Ergebnissen

Software:

  • Ansys Workbench 15.0 (oder besser) mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Einführung:

Aufgaben:

Ergebnisse:


Konvergenz (3D-Modell)

Praktikum 04 (09.11.2017): "Statik 2, Fortsetzung"

Themen:

  • Fortsetzung: Verifikation & Validierung
  • Anisotropie

Software:

  • Ansys Workbench 15.0 (oder besser) mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Einführung

Aufgaben:

  • Rest von Praktikum 03 erledigen:  Verifikation & Validierung

Ergebnisse:

  • Ergebnis-Folien: siehe P 03

Praktikum 05 (16.11.2017): "Statik 3: Anisotropie"

Themen:

  • Anisotrope Werkstoffe:  Beispiel Holz

Software:

  • Ansys Workbench 15.0 (oder besser) mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Einführung

  • siehe P 04

Aufgaben:

Ergebnisse:


Hauptdehnungen eines Holzteils

Praktikum 06 (23.11.2017): "Statik 4: Plastizität und Einführung in Abaqus"

Thema:

  • Nichtlineare Materialmodelle: Plastizität, Kaltumformung ("Work hardening")
  • Einführung in Abaqus CAE

Software:

  • Abaqus CAE 6.12

Downloads:


Elastische Dehnungen in einem plastisch verformten Balken

Praktikum 07 (Do., 30.11.2017): "Elastostatik 5: Geometrische Nichtlinearität"

Thema:

  • Geometrische Nichtlinearität durch große Verschiebungen und/oder Drehungen)

Software:

  • Ansys Workbench 15.0 (oder höher) mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Aufgabe:

Ergebnisse:


Geometrische Nichtlinearität

Praktikum 08 (Do., 07.12.2017): "Statik 6: (Nichtlinearer) Kontakt"

Thema:

  • Nichtlinearität durch Kontakt

Software:

  • Ansys Workbench 15.0 (oder höher) mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical

Aufgabe:

Ergebnisse:


Praktikum 09 (14.12.2017): "Stationäre Thermo-Elektrische-Analyse"

Thema:

  • Kopplung von stationären elektrischen und thermischen Feldern
  • Im Feld:  Joulesche Erwärmung und Wärmeleitung
  • An Feldrändern:  Wärmetransport durch Konvektion und Wärmestrahlung

Software:

  • Ansys WB 15.0 (oder höher) mit den Modulen: DesignModeler, Thermal-Electric

Downloads/Links


Glühender Schraubenschlüssel

Praktikum 10 (Do., 21.12.2017): "Dynamik 1: Modalanalyse"

Gastvortrag vom "Einstein-Motorsport-Team":

  • Vorstellung des Vereins
  • Vorstellung der Simulationsthemen im Einstein-Motorsport-Team
  • CSE-Projekt-Voschläge sowie Projekte für längerfristigen Einstieg

CSE-Projekte:

  • Vorstellung der übrigen Themenvorschläge

Thema:

  • Strukturdynamik:  Modalanalyse = Eigenschwingungsanalyse
  • Beispiel:  Eigenschwingungen einer Gong-Klangplatte

Software:

  • Ansys Workbench mit den Modulen: DesignModeler, Modal

Aufgaben:

  • Aufgabe 07: Modalanalyse einer Klangplatte
  • ACHTUNG! Unbedingt in Eigenarbeit bis zum nächsten Termin bearbeiten und alle Fragen beantworten. Wird beim nächsten mal abgefragt, ist außerdem prüfungsrelevant! Wer nicht weiter kommt, soll uns eine Email schicken.
  • Experimentelle Daten:
    Lange Platte: 2,5 mm x 25 mm x 142 mm, Löcher D = 7 mm, Abstand 78 mm, Masse 67 g, ca. 640 Hz.
    Kurze Platte: 2,5 mm x 25 mm x 127 mm, Löcher D = 7 mm, Abstand 70 mm, Masse 60 g, ca. 800 Hz.
    Beide Platten sind mit je zwei Gummistiften, die locker in den symmetrisch angeordenten Löchern stecken, gelagert (vgl. Bild).

Biegeschwingung einer Klangplatte

Praktikum 11 (Do., 11.01.2018): "Dynamik 2 - MKS"

Thema:

  • Lösen von Anfangswertproblemen durch numerische Integration
  • Mehrkörpersimulation (MKS) = Bewegung von Systemen starrer Körper

Software:

  • evtl. Matlab/Simulink
  • MSC.ADAMS (Windows)

Aufgaben:


Garagentor-Mimik

Praktikum 12 (Do., 18.01.2018): "Gestaltoptimierung, 3D-Druck"

In einer iterativen Schleife können FE-Analysen so ausgeführt werden, dass ein Umbau des zu optimierenden Objektes in Abhängigkeit des lokalen Beanspruchungszustands (Beanspruchung = Spannung und/oder Dehnung) des Systems automatisch vorgenommen wird.  Z.B. kann man den E-Modul jedes einzelnen FEs erhöhen, wenn die Beanspruchung besonders hoch ist und entsprechend vermindern, wenn an einer bestimmten Stelle kein oder kaum Material notwendig ist.  So wurden die im Beispiel (Bild) die Ecken des Designraums oben links und rechts mit einem sehr geringen E-Modul (blau) erzeugt.  Der Torbogen dagegen, der stark mit Zugspannungen beansprucht wird, hat ein hohes E-Modul bekommen (rot). Solche Algorithmen werden oft der Natur nachempfunden (vgl. Bionik, Knochenumbau = Remodeling oder Baumwachstum)

Algorithmen, die nach diesem Muster arbeiten, sind in der Lage innerhalb eines Designraums eine "optimale" Struktur zu finden, bei der das Bauteil mit relativ wenig Materialeinsatz eine relativ große Steifigkeit und/oder Festigkeit besitzt.  Auf diese Weise kann der Ingenieur neue organisch aussehende Leichtbau-Strukturen erzeugen und ggf. unter Verwendung moderner "additiver Fertigungsverfahren" (3D-Druck) herstellen.

Beispiel für ein Ansys-APDL-Script zur Gestaltoptimierung einer Lochplatte:

Siehe auch Gestaltoptimierungsaufgabe zur UZWR-Vorlesung "MSM/Downloads zu den Übungen")

Ergebnis: Optimierte Materialsteifigkeitsverteilung

Praktikum 13 (Do., 25.01.2018): "Dynamik 3: Transiente Vorgänge"

Themen:

  • Transiente dynamische Analysen
  • Implizite vs. explizite Lösungsverfahren

Software:

  • ANSYS Transient Structural (Mechanical-APDL-Solver)
  • ANSYS Explicit Dynamics (Autodyn-Solver)

Einführung:

Aufgaben:


Weicher Ball stößt weichen Block

Praktikum 14 (1.02.2018): "CFD 1"

Thema:

  • Erhaltungssätze
  • Finite-Volumen-Löser
  • Simulation stationärer Strömungen
  • Wahl von Randbedingungen
  • Strömung in Rohren mit veränderlichen Querschnitten
  • Strömung mit und ohne Reibung/Turbulenzmodelle

Software:

  • Ansys Workbench 15.0 mit den Modulen: DesignModeler, Mechanical, CFX

Einführung:

Aufgaben:


Rohrströmung mit Drossel

Praktikum 15 (08.02.2017): "CFD 2"

Thema:

  • Strömung gekoppelt mit Wärmetransport
  • Wärmetransport durch Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung
  • Strömung angetrieben durch Freie Konvektion (Auftrieb = Buoyancy)

Software:

  • Ansys Workbench 15.0 mit den Modulen: Design Modeler, CFX

Aufgaben:


Luftströmung in einem beheizten Zimmer

Praktikum 16 (Do., 15.02.2018): "Magnetostatik"

Thema:

  • Elektromagnetismus, statische Magnetfelder
  • Elektrodynamische Materialeigenschaften
  • Verwendung von COMSOL Multiphysics

Software:

  • COMSOL Multiphysics, Magnetic-Fields-Interface (Windows)

Downloads/Links


Magnetisches Feld einer Helmholtzspule