Modulhandbuch. Bachelor- und Masterstudiengang Mathematik. Nebenfach Maschinenbau

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1 Modulhandbuch Bachelor- und Masterstudiengang Mathematik Nebenfach Maschinenbau Bachelor: Lehrveranstaltungen von mindestens 18 Credits aus der folgenden Liste: ab 1. Semester: Technische Mechanik I, 4+2 SWS, 5+4 Credits, im WS ab 2. Semester: Technische Mechanik II, 4+2 SWS, 5+4 Credits, im SS ab 4. Semester: Kontinuumsmechanik I, 3+1 SWS, 6 Credits, im WS Strömungsmechanik I, 2+2 SWS, 5+1 Credits, im SS ab 5. Semester: Versuchsplanung, SWS, 6 Credits, im SS Höhere Strömungsmechanik, 3+1 SWS, 6 Credits, im SS Master: Lehrveranstaltungen von mindestens 12 Credits aus der folgenden Liste: Kontinuumsmechanik I, 3+1 SWS, 6 Credits, im WS Versuchsplanung, SWS, 6 Credits, im SS Qualitätssicherung, SWS, 6 Credits, im WS Angewandte Strömungsmechanik: Strömungsmechanik I, 2+2 SWS, 5+1 Credits, im SS Höhere Strömungsmechanik, 3+1 SWS, 6 Credits, im SS Numerische Berechnungen von Strömungen, 3+1 SWS, 6 Credits, im WS Regenerative Energieeffizienz: Thermodynamik und Wärmeübertragungen, 3+1 SWS, 6 Credits, im SS

2 Technische Mechanik Bachelor TM1 Technische Mechanik 1 (Teilmodul) 1. Semester Prof. Dr.-Ing. habil. A. Ricoeur Prof. Ricoeur / Dr.-Ing. L. Schreiber B.Sc. Maschinenbau, Diplom I Maschinenbau, B.Sc. Wirtschafts-ingenieurwesen, B.Sc. Mathematik Vorlesung/3 SWS Übung/1 SWS Präsenzzeit: 3 SWS Vorlesung (45 Stunden) 1 SWS Übung (15 Stunden) Selbststudium: 90 Stunden 5+4 CREDITS Voraussetzungen nach Prüfungsordnung / Empfohlene Voraussetzungen: Mathematik Abitur-Niveau (Leistungskurs) Kenntnisse: Theoretische Grundkenntnisse von der Wirkung von Kräften auf Festkörper. Fertigkeiten: Analyse von mechanischen Zusammenhängen und Berechnung anhand idealisierender Modelle. Kompetenzen: Vereinfachung realer Verhältnisse auf relevante Phänomene, um deren Physik an einfachen Modellen abzuschätzen und anschließend die Ergebnisse interpretierend in die reale Welt zu transferieren. Die Studierenden sollen in der Lage sein, sich anhand von Literatur in verwandte Spezialprobleme einarbeiten zu können. Einbindung in die Berufsvorbereitung: Grundkenntnisse in der Mechanik sind der theoretische Hintergrund für jede Maschinenbaukonstruktion. Statik: Schwerpunkt, Gewichtskräfte, Schnittprinzip, Gleichgewichtsbedingungen. Punktdynamik: Impulssatz, Kinematik, Einmassen-Schwinger. Studien-/Prüfungsleistungen: schriftliche (180 min.) + mündliche Prüfung Tafelanschrieb, Folien, Veranschaulichung an Modellen. Literatur: Groß, Hauger, Schnell: Technische Mechanik 1-3, Bruhns: Elemente der Mechanik, Skripte des Instituts

3 Technische Mechanik Bachelor TM2 Technische Mechanik 2 (Teilmodul) 2. Semester Prof. Dr.-Ing. habil. A. Ricoeur Prof. Ricoeur / Dr.-Ing. L. Schreiber B.sc. Maschinenbau, Diplom I Maschinenbau, B.Sc. Wirtschafts-ingenieurwesen, B.sc. Maschinenbau Vorlesung /3 SWS Übung /1 SWS Präsenzzeit: 3 SWS Vorlesung (45 Stunden) 1 SWS Übung (15 Stunden) Selbststudium: 90 Stunden 5+4 CREDITS Voraussetzungen nach Prüfungsordnung / Empfohlene Voraussetzungen: Mathematik 1, Technische Mechanik 1 Kenntnisse: Theoretische Grundkenntnisse von der Wirkung von Kräften auf Festkörper. Fertigkeiten: Analyse von mechanischen Zusammenhängen und Berechnung anhand idealisierender Modelle. Kompetenzen: Vereinfachung realer Verhältnisse auf relevante Phänomene, um deren Physik an einfachen Modellen abzuschätzen und anschließend die Ergebnisse interpretierend in die reale Welt zu transferieren. Die Studierenden sollen in der Lage sein, sich anhand von Literatur in verwandte Spezialprobleme einarbeiten zu können. Einbindung in die Berufsvorbereitung: Grundkenntnisse in der Mechanik sind der theoretische Hintergrund für jede Maschinenbaukonstruktion. Starrkörperdynamik: Drallsatz, Kinematik, Energie- und Arbeitssatz. Festigkeitslehre: Spannungs- und Dehnungsbegriff, Stoffgesetz, Modelle Biegebalken/Torsionsstab Studien-/Prüfungsleistungen: schriftlich (180 min.) + mündliche Prüfung Tafelanschrieb, Folien, Veranschaulichung an Modellen. Literatur: Groß, Hauger, Schnell: Technische Mechanik 1-3, Bruhns: Elemente der Mechanik, Skripte des Instituts

4 Kontinuumsmechanik Bachelor/Master KM Kontinuumsmechanik M.Sc. ab 1(8). Semester Prof. Dr.-Ing. habil. A. Ricoeur Prof. Dr.-Ing. habil. A. Ricoeur Wahlpflichtbereich B.Sc. Maschinenbau, Schwerpunkte: Werkstoffe und Konstruktion; Angewandte Mechanik- Basisveranstaltung; M.Sc. Maschinenbau, Schwerpunkt: Mechanik und Automatisierungstechnik- Basisveranstaltung, B.sc. Mathematik, M.sc. Mathematik Vorlesung/3 SWS Übung/1 SWS Präsenzzeit: 3 SWS Vorlesung (45 Stunden) 1 SWS Übung (15 Stunden) Selbststudium: 120 Stunden 6 CREDITS Voraussetzungen nach Prüfungsordnung 100 CREDITS im Grundstudium (nicht für B.sc. Mathematik, M.sc. Mathematik) Empfohlene Voraussetzungen: Technische Mechanik 1-3 (nicht für B.sc. Mathematik, M.sc. Mathematik) Kenntnisse: Theoretische Kenntnisse auf dem Gebiet der nichtlinearen Kontinuumsmechanik und ihrer Anwendungen. Fertigkeiten: numerische Strukturanalyse bei großen Deformationen Kompetenzen: Verständnis der Kinematik und Kinetik des nichtlinearen Kontinuums, Modellentwicklung und Interpretation der Ergebnisse. Studierende sollen in der Lage sein, sich anhand von Literatur in verwandte Spezialprobleme einarbeiten zu können. Einbindung in die Berufsvorbereitung: Kenntnisse in der Kontinuumsmechanik sind der theoretische Hintergrund für strukturmechanische Berechnungen. - Einführung in die mathematischen Hilfsmittel: Tensoralalgebra und analysis - Beschreibung der finiten Deformation materieller Körper (Kinematik) - Kinetik des Kontinuums - Bilanzgleichungen der Thermodynamik und Mechanik - Einführung in die Materialtheorie Studien-/Prüfungsleistungen: schriftliche (90 min.) oder mündliche (45 min.) Prüfung Folien, Tafelanschrieb Literatur: J. Betten: Kontinuumsmechanik, Springer, 2001; J. Altenbach, H. Altenbach: Einführung in die Kontinuumsmechanik, Teubner, 1994; A.C. Eringen: Mechanics of Continua, Robert E. Krieger Pub., 1989

5 Strömungsmechanik Bachelor SM Strömungsmechanik 1 4. Semester Prof. Dr.-Ing. O. Wünsch Prof. Dr.-Ing. O. Wünsch Diplom I Maschinenbau,3. Semester, 2V/1Ü B.Sc. Maschinenbau, 4. Semester, 2V/2Ü, B.sc: Mathematik, M.sc. Mathematik Vorlesung/2 SWS Übung/2 SWS Präsenzzeit: 2 SWS Vorlesung (30 Stunden) 2 SWS Übung (30 Stunden) Selbststudium: 90 Stunden 5+1 CREDITS Voraussetzungen nach Prüfungsordnung / Empfohlene Voraussetzungen: Technische Mechanik 1-3, Mathematik 1-3 (nicht für B.sc. Mathematik, M.sc. Mathematik) Allgemein: Vermittlung von theoretischen und praktischen Grundkenntnissen zur Beschreibung von Strömungsvorgängen Fach-/Methodenkompetenz: Durch die LV erlangen die Studierenden die Fähigkeit, Strömungsprozesse im Maschinenbau zu analysieren und mittels einfacher Modelle zu berechnen. Einbindung in die Berufsvorbereitung: Grundkenntnisse in der Strömungsmechanik werden für einen Maschinenbauingenieur in der Praxis vorausgesetzt. Fluid- und Aerodynamik (Druck- und Volumenkräfte, Druck in schweren Fluiden, Druck in rotierenden Flüssigkeiten, Oberflächenspannung und Kapillarität) Hydrodynamik (Grundbegriffe, Kontinuitätsgleichung, Bernoullische Gleichung für stationäre und instationäre Strömungen, rotierendes Bezugssystem, Nutzleistung einer hydraulischen Strömungsmaschine) Impuls- und Drallsatz (Herleitung, Impulssatz für stationäre Strömungen, Anwendungen des Impulssatzes) Kompressible Fadenströmung (Energiebilanz für stationäre Strömungen, isentrope Gasströmungen, Schallgeschwindigkeit

6 Studien-/Prüfungsleistungen: Literatur: und Machzahl, stationäres Ausströmen aus einem Kessel, senkrechte Verdichtungsstöße) Reibungsbehaftete Strömungen (Viskoses Schubverhalten, Kontinuitätsgleichung für allgemeine Strömungen, Stoffgesetz für linearviskose Fluide, Navier-Stokesschen-Gleichungen, ebene stationäre Schichtenströmung, Rohrströmung) Grenzschichtströmungen (Überströmte Platte, Grenzschichtdifferentialgleichungen, Widerstand umströmter Körper) schriftliche ( min.)+mündliche Prüfung Folien, Übungen in Kleingruppen Becker, E.: Technische Strömungslehre.Teubner-Verlag, Stuttgart, 1993 (7. Aufl.) Bohl, W.: Technische Strömungslehre. Vogel- Verlag, Würzburg, 2005 (13. Aufl.) Durst, F.: Grundlagen der Strömungs-mechanik. Springer-Verlag, Berlin, 2006 Gersten, K.: Einführung in die Strömungsmechanik. Shaker-Verlag, Aachen, 2003 Oertel jr., H. (Hrsg.): Führer durch die Strömungslehre. Vieweg-Verlag, Braun-schweig, 2008 (12. Aufl.) Siekmann, H.E.; Thamsen, P.U.: Strömungslehre. Springer-Verlag, Berlin, 2007 (2. Aufl.) Sigloch, H.: Technische Fluidmechanik. Springer- Verlag, Berlin, 2007 (6. Aufl.) Spurk, J. H.; Aksel, N.: Strömungslehre. Springer- Verlag, Berlin, 2006 (6. Aufl.) Zierep, J., Bühler, K.: Grundzüge der Strömungslehre. Teubner-Verlag, Wiesbaden, 2008 (7. Aufl.)

7 Voraussetzungen nach Prüfungsordnung Empfohlene Voraussetzungen: Studien-/Prüfungsleistungen: Literatur: Statistische Versuchsplanung Bachelor/Master SVP Statistische Versuchsplanung B.Sc. ab 5. Sem. M.Sc. ab 1(8). Sem. Prof. Dr. rer.nat. Angelika Brückner-Foit Prof. Dr. rer.nat. Angelika Brückner-Foit Wahlpflichtbereich B.Sc./M.Sc. Maschinenbau, Schwerpunkt: Werkstoffe und Konstruktion- Basisveranstaltung Diplom I/II Maschinenbau; Wahlpflichtbereich B.Sc./M.Sc. Mechatronik, Diplom I/II Mechatronik, B.sc. Mathematik, M.sc. Mathematik Vorlesung/2 SWS Übung/1 SWS Praktikum/1SWS Präsenzzeit: 2 SWS Vorlesung (30 Stunden) 1 SWS Übung (15 Stunden) 1 SWS Praktikum (15 Stunden) Selbststudium: 120 Stunden 6 CREDITS 100 CREDITS im Grundstudium (nicht für B.sc. Mathematik, M.sc. Mathematik) abgeschlossenes Grundstudium (nicht für B.sc. Mathematik, M.sc. Mathematik) -Kenntnisse: Prinzipien der Planung und Auswertung von Versuchen mit vielen Einflussgrößen -Fertigkeiten: Selbstständige Anwendung der Methoden der Versuchsplanung und Übertragung auf andere Problemstellungen -Kompetenzen: interdisziplinäres Arbeiten, Anwendung von mathematischen Methoden auf praktische Probleme Grundlagen Faktorielle Pläne Reduzierte Pläne, BIB, Latin-Hypercube Zusammengesetze Pläne Regression ANOVA. mündliche Prüfung Tafel, Übungen am Rechner Skript

8 Höhere Strömungsmechanik Master HSM Höhere Strömungsmechanik ab 6. Semester Prof. Dr.-Ing. O. Wünsch Prof. Dr.-Ing. O. Wünsch Wahlpflichtbereich M.Sc. Maschinenbau, Schwerpunkt: Mechanik und Automatisierungstechnik-Basisveranstaltung, Wahlpflichtbereich M.Sc. Mechatronik, Schwerpunkt: Konstruktion und Anwendung, Diplom I/II Mechatronik, M.sc. Mathematik Vorlesung/3 SWS Übung/1 SWS Präsenzzeit: 3 SWS Vorlesung (45 Stunden) 1 SWS Übung (15 Stunden) Selbststudium: 120 Stunden 6 CREDITS Voraussetzungen nach Prüfungsordnung Empfohlene Voraussetzungen: Modul Technische Mechanik 1-3 Modul Mathematik 1-3 Strömungsmechanik 2 (nicht für M.sc. Mathematik) Allgemein: Vertiefende theoretische Kenntnisse zur Analyse mehr-dimensionaler Strömungsprozesse. Fach- / Methodenkompetenz: Die Studierenden erlangen die Fähigkeit, reale Strömungsvorgänge in technischen Apparaten zu analysieren und mathematisch zu beschreiben. Einbindung in die Berufsvorbereitung: Für die Entwicklung neuer Verfahren in der Energieumwandlung gehört die Analyse und Beschreibung der Strömungsprozesse zu einer Kernkompetenz. Kinematik: (Grundbegriffe bei mehrdimensionalen Strömungen, Deformationstensoren, Kinematik wichtiger Strömungsformen) Kontinuumsmechanische Grundlagen (Spannung, Druck, Volumenkräfte, Bilanzgleichungen für Masse, Impuls und Energie) Strömungen mit nicht-newtonschen Stoffeigenschaften

9 Studien-/Prüfungsleistungen: Literatur: (Rheologisch einfache Flüssigkeiten, Fließfunktion, Normalspannungs-eigenschaften, linear- viskoelastische Stofffunktion, nichtlineare rheologische Modelle, Anwendungen auf stationäre Schichtenströmungen) Ausgewählte Themen aus Teilbereichen mehrdimensionaler Strömungsmechanik (Potentialströmung, turbulente Strömungen, Grenzschichttheorie, Gasdynamik mündliche Prüfung (45 min.) Folien (PowerPoint), Übungen Böhme, G.: Strömungsmechanik nichtnewtonscher Fluide, Teubner-Verlag, Stuttgart, 2. Auflage, 2000 Wünsch, O.: Strömungsmechanik des laminaren Mischens, Springer-Verlag, Berlin, 2001 Spurk, J.H.: Strömungslehre, Springer-Verlag, Berlin, 5. Auflage, 2004 Hutter, K.: Fluid- und Thermodynamik, Springer-Verlag, Berlin, 2. Auflage, 2003

10 : Thermodynamik und Wärmeübertragung SS Prof. Dr. U. Jordan Prof. Dr. U. Jordan Prof. Dr. M. Lawerenz Prof. Dr. K. Vajen deutsch Master Regenerative Energien und Energieeffizienz Bachelor Mechatronik Bacholor Wirtschaftsingenieurwesen, M.sc. Mathematik Vorlesung: 3 SWS / Übung 1 SWS 60 h Präsenzzeit, 120 h Selbststudium 6 (Thermodynamik: 3,5 ; Wärmeübertragung: 2,5, re²: 6 G) Voraussetzungen nach Prüfungsordnung: Empfohlene Voraussetzungen: : Mathematische und physikalische Kenntnisse aus dem Bachelorstudium. Im MSc re² und Mathematik richtet sich die Veranstaltung an Studierende mit einem BSc Abschluss, denen ausreichende Kenntnisse der Thermodynamik und Wärmeübertragung fehlen. Allgemein: Ziel der Veranstaltung ist die Vermittlung von grundlegendem theoretischen Wissen auf dem Gebiet der Thermodynamik und Wärmeübertragung sowie der gebräuchlichen mathematischen Methoden. Fach /Methoden Kompetenzen: Die Studierenden sollen die grundlegenden thermodynamischen Begriffe und Größen sowie die Darstellungen in Zustandsdiagrammen erlernen. Die Hauptsätze der Thermodynamik und ihre Anwendung in Kreisprozessen werden entwickelt. Es wird eine Einführung in die Arten des thermischen Energietransports gegeben. Die Lösung von Wärmetransportproblemen wird vermittelt und anhand von Beispielen geübt. Einbindung in die Berufsvorbereitung: Die in der Praxis verwendeten Darstellungen und Berechnungen thermodynamischer Prozesse und Beziehungen der Wärmeübertragung aus dem VDI Wärmeatlas sollen vom Studierenden erlernt werden. In der Lehrveranstaltung werden die grundlegenden Definitionen thermodynamischer Zustands und

11 Studien /Prüfungsleistungen: Literatur: Prozessgrößen sowie die thermische und kalorische Zustandsgleichung für die Stoffmodelle ideales Gas und inkompressible Flüssigkeit behandelt. Die Zustandsdiagramme und ihre Nutzung zur Darstellung thermodynamischer Zustandsänderungen werden erläutert. Der 1. und 2. Hauptsatz sowie deren Anwendung auf einfache Prozesse wie Verdichtung, Entspannung, Wärmezu und abfuhr, Drosselung sowie in Kreisprozessen werden vermittelt. Die Arten der Wärmeübertragung werden hinsichtlich ihrer physikalischen Ursachen und ihren Anwendungen an Beispielen erläutert. Die theoretischen Kenntnisse der Studierenden werden anhand einer schriftlichen und ggf. auch mündlichen Abschlussprüfung bewertet. Kopie der Powerpoint Vorlesungsunterlagen. AllgemeineInformationen sind im Internet erhältlich. Stephan, K.; Mayinger, F.: Thermodynamik 1. Springer Berlin 15. Aufl. (1998). Baehr, H.D.; Stephan, K.: Wärme und Stoffübertragung. Springer, Berlin, 4. Auflage (2004).

12 Voraussetzungen nach Prüfungsordnung Empfohlene Voraussetzungen: Numerische Berechnung von Strömungen Master NBS Numerische Berechnung von Strömungen M.Sc. ab 1(8). Sem. Prof. Dr.-Ing. O. Wünsch Prof. Dr.-Ing. O. Wünsch Wahlpflichtbereich M.Sc. Maschinenbau, Schwerpunkte: Mechanik und Automatisierungstechnik Werkstoffe und Konstruktion, Diplom I/II Maschinenbau; Wahlpflichtbereich M.Sc. Mechatronik, Schwerpunkt: Konstruktion und Anwendung, Diplom I/II; Wahlpflichtbereich M.Sc. Regenerative Energien und Energieeffizienz, M.sc. Mathematik Vorlesung/3SWS Übung/1SWS Präsenzzeit: 3 SWS Vorlesung (45 Stunden) 1 SWS Übung (15 Stunden) Selbststudium: 120 Stunden 6 CREDITS Modul Modellierung und Simulation (nicht für M.sc. Mathematik) Allgemein: Vermittlung theoretischer und praktischer Kenntnisse zur numerischen Berechnung von Strömungen inkompressibler Fluide. Fach- / Methodenkompetenz: Durch die LV erlangen die Studierenden die Fähigkeit thermomechanische Tansportprozesse mit problemangepassten Methoden numerisch zu simulieren und die erzielten Ergebnisse zu interpretieren. Einbindung in die Berufsvorbereitung: Die Anwendung von numerischen Verfahren bei der Entwicklung und Optimierung von energietechnischen, durchströmten Apparaten wird für einen theoretisch-orientierten Entwicklungsingenieur vorausgesetzt.

13 Studien-/Prüfungsleistungen: Grundlagen (Bilanzgleichungen für das Fluid in differentieller und integraler Form, adäquate Stoffgleichungen, Rand- und Anfangsbedingungen) Diskretisierung des Rechengebiets (Verfahren zur räumlichen Vernetzung des Strömungsgebietes) Numerische Verfahren zur Simulation von Strömungsvorgängen (Finite-Differenzen- Methode, Finite-Volumen-Verfahren, Finite- Elemente-Verfahren) Lösung großer algebraischer Gleichungssysteme (Verschiedene Algorithmen zur effizienten rechnergestützten Lösung der aus dem numerischen Verfahren resultierenden Gleichungssysteme) mündliche Prüfung (45 min.) Folien (PowerPoint), Übungen am PC / Laptop Literatur: Schäfer, M.: Numerik im Maschinenbau, Springer-Verlag, Berlin, 1999 Oertel H. jr., Laurien, E.: Numerische Strömungsmechanik, Vieweg-Verlag, Braunschweig, 2. Auflage, 2003 Ferziger, J.H., Peric, M.: Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer-Verlag, Berlin, 3. Auflage, 2002 Kolditz, O.: Computational Methods in Environmental Fluid Mechanics,

14 Voraussetzungen nach Prüfungsordnung Empfohlene Voraussetzungen: Studien-/Prüfungsleistungen: Literatur: Statistische Qualitätssicherung Bachelor/Master SVP Statistische Qualitätssicherung B.Sc. ab 5. Sem. M.Sc. ab 1(8). Sem. Prof. Dr. rer.nat. Angelika Brückner-Foit Prof. Dr. rer.nat. Angelika Brückner-Foit Wahlpflichtbereich B.Sc./M.Sc. Maschinenbau, Diplom I/II Maschinenbau, Schwerpunkt: Werkstoffe und Konstruktion- Basisveranstaltung Wahlpflichtbereich B.Sc./M.Sc. Mechatronik, Diplom I/II Mechatronik, M.sc. Mathematik Vorlesung/2 SWS Übung/1 SWS Praktikum/1SWS Präsenzzeit: 2 SWS Vorlesung (30 Stunden) 1 SWS Übung (15 Stunden) 1 SWS Praktikum (15 Stunden) Selbststudium: 120 Stunden 6 CREDITS 100 CREDITS im Grundstudium (nicht für M.sc. Mathematik) abgeschlossenes Grundstudium (nicht für M.sc. Mathematik) -Kenntnisse: Verständnis für die Vorgehensweise bei der Fertigungsüberwachung, Rolle der Qualitätssicherung im Fertigungsprozess -Fertigkeiten: Selbstständige Anwendung der Methoden der statistischen Qualitätssicherung -Kompetenzen: interdisziplinäres Arbeiten, Anwendung von mathematischen Methoden auf praktische Probleme Grundlagen: Grundbegriffe der Statistik, statistische Tests Fertigungsüberwachung: SPS, Kontinuierliche Prüfpläne, Qualitätsregelkarten mündliche Prüfung Tafel, Übungen am Rechner Skript