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1 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH

2 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Vorgesell vom akkrediieren Forschungsschwerpunk Compuersimulaion im Maschinenbau Offiziell ernanner Parner der 2

3 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Unsere sudenischen Arbeien Formel 1 Srömungssimulaion der Karosserie Sae of he ar FSI Simulaion eines Lagerschadens 3

4 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Unsere sudenischen Arbeien Biomedizin Simulaion einer künslichen Herzklappe Turbomaschinenbau Geomerieopimierung mi sochasischen Mehoden 4

5 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Unsere sudenischen Arbeien Roboik Künsliche Hand sensorisch geseuer Gasurbine Mi einem Mea Modell zur opimalen Beschaufelung 5

6 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Unsere sudenischen Arbeien Bionik Die Fluke eines Fisches als Schiffsanrieb Phoo by DAVID ILIFF. License: CC-BY-SA 3.0 Moving Mesh Den Vogelflug enschlüssel 6

7 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Unser Profil Turbomaschinen, Srömungsmechanik Compuersimulaion mi FEM, CFD, HPC Muliphysic Sochasische Opimierung Bionik Biomedizin Das erklär die Moivaion für den Maser: 7

8 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Die Moivaion Eigene Kompeenzen sollen in der Lehre umgesez werden Die Leiidee des Muliphysics soll sich widerspiegeln Die simulaionsgeriebene Produkenwicklung is esseniell Das Konzep der Workbench von ANSYS is die ideale Plaform 8

9 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Das Konzep Die indusrielle Enwicklung wird in dem Curriculum der Veriefungsmodule abgebilde 9

10 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Die Grobsrukur 1. Semeser: - Ingenieurwissenschafliche Grundlagen zur Vorbereiung auf die Veriefung - erse Veriefungsmodule 2. Semeser: - Spezialveransalungen zur Compuersimulaion 3. Semeser: Thesis Beruf 10

11 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Die Merkmale des Curriculums Sämliche Vorlesungen sind bis auf das Deail aufeinander abgesimm Veransalungsübergreifende Simulaionsprojeke begleien das Sudium: Maserprojek Jedes Jahr ein neues Thema für das Maserprojek! Eine einheiliche Sofwareumgebung Die Ingenieurdisziplinen werden übergreifend vermiel: Muliphysics Wir hören nich mien drin auf: Mi Mehoden der Bruchmechanik wird eine Lebensdaueranalyse ersell keine VIBUBI Das Design Exploraion der Workbench sowie die sochasische Baueilopimierung sind inegrier 11

12 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Ein gewisses archiekonisches Ambiene.. 12

13 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH.. wird unersüz durch die modernse Aussaung.. 13

14 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH.. die auch für aufwändigere Simulaionen länger genuz werden kann! 14

15 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Die Module im Deail Höhere Mahemaik Höhere echnische Mechanik und Maschinendynamik Thermo- und Fluiddynamik Dynamische Syseme Messen, Seuern, Regeln Grundlagen Maserprojek Numerische Mehoden Advanced CAD Advanced Meshing Srukurmechanik FEM Srömungssimulaion CFD Bruchmechanik und Srukuranalyse Neu: Sochasische Design Opimierung Veriefung Thesis Kolloquium Abschluss 15

16 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Nachfolgend exemplarisch ausgewähle Schwerpunke 1. Advanced CAD 2. Meshing 3. Einige Maserprojeke 16

17 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Was soll gelern werden im Advanced CAD? Nich: Klickanleiung für den Design Modeler! Sondern: Die Numerik einer CAD-Sofware 17

18 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Die Klausurvorbereiung Generierung einer Skulpur in Excel und Daenransfer in den Design Modeler 18

19 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Ein Beispiel für eine sudenische Vorbereiung Gezeig auf den nächsen Folien 19

20 CAD mi Microsof-Excel Workflow zur Ersellung einer dreidimensionalen Figur Advanced-CAD im SS11 Karl Ziaja, CAD mi Microsof-Excel Workflow zur Ersellung einer dreidimensionalen Figur Fachhochschule

21 1. Querschni 2. Pfad 3. Dreibein 4. Hochzei 5. GUI 6. Expor Definiion des Laufpfades Definiion eines Definiion der Querschnie Räumliche Darsellung mi C 1 - und C 2 -seigen milaufenden lokalen Transformaion der Querschnie Bereisellung der Figur der durch Expordaen für mi Beziér-Splines affine Transformaion Bezíér-Splines Koordinaensysems auf auf die lokalen folgende und der CAD-Programme: Möglichkei einer direken dem Laufpfad Dreibein Koordinaensyseme mi Hilfe von Manipulaion miels einer grafischen durch numerische Transformaionsmarizen -DesignModeler Benuzeroberfläche Differeniaion - Pro/ENIGINEER Querschni Laufpfad Lokales Koordinaensysem Globales Koordinaensysem CAD mi Microsof-Excel Workflow zur Ersellung einer dreidimensionalen Figur 21 Fachhochschule

22 1. Querschni 2. Pfad 3. Dreibein 4. Hochzei 5. GUI 6. Expor Konrollpunke der roen Spline Binomialkoeffizie nen Konrollpunk kann im Diagramm verschoben werden Koordinaen der Splines Konrollpunke der blauen Spline verblasse Schriffarbe bedeue, dass die Zellen mi Formeln hinerleg sind Die Querschnie besehen aus zwei an ihren Enden zusammengesezen Beziér-Splines Ihre Form is über die Konrollpunke beliebig veränderbar Die Querschnie liegen auf der x-y-ebene des globalen Koordinaensysems CAD mi Microsof-Excel Workflow zur Ersellung einer dreidimensionalen Figur 22 Fachhochschule

23 1. Querschni 2. Pfad 3. Dreibein 4. Hochzei 5. GUI 6. Expor Konrollpunke der Spline in der x-y-ebene Binomialkoeffizie nen Konrollpunk kann im Diagramm verschoben werden Koordinaen der Spline x,y Koordinaen der Spline y,z Konrollpunke der Spline in der y-z-ebene verblasse Schriffarbe bedeue, dass die Zellen mi Formeln hinerleg sind Der Pfad beseh aus mindesens einem dreidimensionalen Beziér-Spline welcher in der x-y-ebene und der y-z-ebene über die Konrollpunke manipulier werden kann Mi Hilfe der lokalen Koordinaensyseme siehe Dreibein werden die Querschnie auf den Pfad aufgefädel siehe Hochzei CAD mi Microsof-Excel Workflow zur Ersellung einer dreidimensionalen Figur 23 Fachhochschule

24 CAD mi Microsof-Excel Workflow zur Ersellung einer dreidimensionalen Figur 24 Berechung des lokalen Koordinaensysems Dreibein bzw. der drei Achsen u Tangene, v Normale, w Binormale Berechnung der Drehmarix zwischen dem lokalen und globalem Koordinaensysems, sowie des Verschiebungsvekors Besimmung des Dreibeins bzw. des lokalen Koordinaensysems: 1. Berechung des Ursprungs Origin vom Dreibein 2. Berechnung der Tangene 3. Berechung der Binormalen 4. Berechung der Normalen 5. Definiion des lokalen Koordinaensysems und Berechung der Drehmarix / Winkelmarix 6. Zusammenfassung der Daen des lokalen Koordinaensysems b b b b B!!! 1,, i n i n i n i n B B P b i n i n i n i n o i i 2 b b T T B N Länge gleiche die haben Achsen deren bzw normier d und Ursprung selben den K und G haben vorrausgesez E G G K N B T b K. sin :,, lim 2 lim h h b b h b b h h b h b b h h 1. Querschni 2. Pfad 3. Dreibein 4. Hochzei 5. GUI 6. Expor

25 1. Querschni 2. Pfad 3. Dreibein 4. Hochzei 5. GUI 6. Expor R u R v Q R Q * Q R w S R T Die Koordinaen der Querschnisflächen Querschnisvekor werden zunächs mi Hilfe der Dreh- / Winkelmarix gedreh Die Roaionsmarizen R u, R v und R w erlauben eine Roaion um die Achsen des lokalen Koordinaensysems Die Skalierungsmarix S erlaub eine Größenskalierung der Querschnie Zulez wird der Querschni mi dem Verschiebungsvekor T auf das lokale Koordinaensysem verschoben * Q R Q R Sx S 0 0 R u R v R w T R u cos 0 sin cos sin cos S y sin 0 R v R sin 0 0 S z cos w S 0 sin cos 0 sin 0 cos CAD mi Microsof-Excel Workflow zur Ersellung einer dreidimensionalen Figur 25 Fachhochschule

26 1. Querschni 2. Pfad 3. Dreibein 4. Hochzei 5. GUI 6. Expor Manipulaion der Querschnie: - Translaion - Roaion um u-achse - Roaion um v-achse - Roaion um w-achse Manipulaion des Pfads: Auswahl der Konrollpunke und Verschiebung in globale Raumrichungen X, Y, Z Drehen der Figur Ansich der Figur aus verschiedenen Raumrichungen Koordinaensysem zur besseren Orienierung Ein-/Ausblenden von der lokalen Koordinaensyseme, den Querschnien, ec. Ersellen einer DesignModeler- Impor-Daei auf Knopfdruck CAD mi Microsof-Excel Workflow zur Ersellung einer dreidimensionalen Figur 26 Fachhochschule

27 1. Querschni 2. Pfad 3. Dreibein 4. Hochzei 5. GUI 6. Expor Die Expordaen besehen aus den karesischen Koordinaen der Querschnie Das Excel-Shee beinhale zwei Regiser Expor_DM, Expor_Proe mi den Expordaen in der ensprechenden Synax der CAD-Sofware Copy&Pase Über das GUI is auch das Ersellen einer DesginModeler-Impor-Daei auf Knopfdruck möglich CAD mi Microsof-Excel Workflow zur Ersellung einer dreidimensionalen Figur 27 Fachhochschule

28 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Die Klausur Advanced CAD 28

29 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Zum Advanced Meshing zuers: Die Theorie: Lösung der Wärmeleiungsgleichung mi dem Differenzenverfahren und der FEM-Mehode in Excel dann: Die Praxis: Vernezung unseres Kompressors 29

30 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Die Theorie: Lösung der Wärmeleiungsgleichung 30

31 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Die Praxis: Unser Kompressor 37

32 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Einige Neze des Kompressors 38

33 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH Die Maserprojeke 1. Lebensdaueranalyse eines Mounain Bikes 2. Windanlage mi verikaler Achse 3. Vorderachse eines PKW 4. Segeljach Americans Cup und Masbruch 5. Schiffspropeller 6. In Vorbereiung: Kolbenmoor 39

34 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 1. Lebensdaueranalyse eines Mounain Bikes 41

35 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 1. Lebensdaueranalyse eines Mounain Bikes 42

36 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 2. Windanlage mi verikaler Achse 43

37 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 2. Windanlage mi verikaler Achse 44

38 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 2. Windanlage mi verikaler Achse 45

39 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 3. Vorderachse eines PKW 46

40 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 3. Vorderachse eines PKW 47

41 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 4. FSI-Simulaion einer Segeljach 48

42 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 4. FSI-Simulaion einer Segeljach 49

43 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 4. FSI-Simulaion einer Segeljach 50

44 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 4. FSI-Simulaion einer Segeljach 51

45 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 4. FSI-Simulaion einer Segeljach 52

46 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 5. Vorschläge der Sudierenden im laufenden Kurs Foo: Thomas Ihle uner CC-BY-SA-3.0 Lizenz 53

47 Ausbildungszyklus im Masersudium an der FH 6. Laufende Vorarbeien für den kommenden Kurs 54

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