Modulhandbuch. Schiffbau und Maritime Technik. für den Masterstudiengang. Fachhochschule Kiel Fachbereich Maschinenwesen

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1 Modulhandbuch für den Masterstudiengang 2014 Fachhochschule Kiel Fachbereich Maschinenwesen

2 sverzeichnis Gesamtkompetenz... 3 Fachkompetenzen... 3 Fachübergreifende Kompetenzen Mathemat.-, Nat.-, Ingenieurwissenschaftl.Grundlagen... 5 Höhere Mathematik I und II... 5 Theoretische Strömungslehre... 6 Informatik Fachübergreifende Module... 8 Betriebswirtschaft / Controlling... 8 Organisation komplexer Systeme Strukturmechanik Kontinuumsmechanik Konstruieren mit Faserverbundwerkstoffen Betriebsfestigkeit Schwingungen II Numerische Mechanik Numerische Methoden (FEM) Numerische Methoden (FEM-Anwendungen) Numerische Methoden CFD Programming of Numerical Methods Weiterführende Kapitel der Schiffstechnik Spezielle Kapitel der Schiffsfestigkeit Spezielle Kapitel der Schiffskonstruktion Schiffsdynamik Yachten / Spezialschiffbau Strömungsmechanik der Segelyachten Das Rigg der Segelyachten Spezialschiffe Projekt und Thesis Studienarbeit Master Thesis Vortrag und Kolloquium zur Thesis

3 Gesamtkompetenz Gesamtkompetenz Fachkompetenzen Die Absolventinnen und Absolventen erwerben fachliche und fachübergreifende Kompetenzen, die sie sowohl für anspruchsvolle Ingenieuraufgaben in der industriellen Praxis (z.b. Maritime Energiegewinnung, Windenergietechnologie, Schiffbau, Offshore-Gründungen, Zertifizierung etc.) als auch für ein weiterführendes Master-Studium qualifizieren. Ihr breites, exemplarisch vertieftes Grundlagenwissen sowie die im Studium erworbene Lernfähigkeit ermöglichen ihnen ein breites Einsatzfeld, u.a. in den Bereichen Produktentwicklung von dynamisch hochbeanspruchten Anlagen, Produktions- oder Service-Engineering, Qualitätssicherung, Projektierung oder technischer Vertrieb und Einkauf. Fachwissen Fachmethodik Fachethik Die Absolventinnen und Absolventen verfügen über ein breites Grundlagenwissen aus den Bereichen Maschinenbau, Schiffbau und Offshore-Technologie im Zusammenhang zwischen ingenieurwissenschaftlichen Theorien und praktischer Anwendung. Bei der Lösung konkreter Aufgaben wenden sie ihr Wissen an, erkennen Wissenslücken und sind in der Lage, diese anforderungsgerecht zu schließen. Sie greifen auf erste Erfahrungen zurück, die sie in ihrem Studium an Beispielen der Produktentwicklung und Produktionstechnik von Windenergieanlagen, Offshore- Gründungen und Schiffen gewonnen haben. Sie kennen die Grundlagen angrenzender Fachgebiete, beziehen diese in ihre Tätigkeiten ein und sind über betriebswirtschaftliche Wirkungen ihrer Tätigkeiten orientiert. Sie beherrschen die Methoden der Produktentwicklung (Produktgestaltung und Berechnung) und des Projektmanagement, die sie für die entsprechenden Tätigkeitsfelder in Konstruktion, Entwicklung und Projektierung von Offshore- Anlagen qualifizieren. Die Absolventinnen und Absolventen erkennen und reflektieren an sie gestellte fachliche Anforderungen ebenso wie ihre berufliche Verantwortung für Menschen, Gesellschaft und Ökologie. Sie sind sich der Auswirkungen und Risiken des Einsatzes von Technologien zur Errichtung und Betrieb von Anlagen im maritimen Bereich bewusst. Fachübergreifende Kompetenzen Instrumentelle Kompetenzen Die Absolventinnen und Absolventen beherrschen Präsentationstechniken, Instrumente des Selbst-und Projektmanagements sowie der Informationsbeschaffung und Verarbeitung. Sie haben gelernt, Anforderungen, Probleme und Ergebnisse ihrer Arbeit in deutscher und englischer Sprache auszudrücken. 3

4 Sozialkompetenzen Selbstkompetenz Die Absolventinnen und Absolventen kennen die Anforderungen an Projektteams sowie deren Leitung. Sie verstehen in diesem Zusammenhang die Bedeutung von Konfliktmanagement, Mitarbeitermotivation und adressatengerechter Kommunikation. Sie nutzen diese Kompetenzen bei der Lösung von Aufgaben und Problemstellungen. Dabei können sie sich konstruktiv im Team einbringen und sind in der Lage, eigene Handlungsziele mit den Einstellungen und Werten einer anderen Person oder einer Gruppe zu verknüpfen. Die Absolventinnen und Absolventen erkennen betriebliche Anforderungen, begreifen ihre Rollen in arbeitsteiligen Systemen und füllen sie flexibel und kompetent aus. Sie können Lern- und Arbeitsprozesse eigenständig und nachhaltig gestalten und reflektieren. Sie sind darauf vorbereitet, Projekt- oder Führungsverantwortung zu übernehmen. Im Studium haben sie exemplarisch die Fähigkeit zur interdisziplinären Zusammenarbeit erprobt. Sie haben ihre Sensibilität für die Denkweisen fachfremder Disziplinen entwickelt und gelernt, technische, ökonomische, ökologische und sicherheitsrelevante Zusammenhänge verständlich zu machen. 4

5 1 Mathemat.-, Nat.-, Ingenieurwissenschaftl.Grundlagen Höhere Mathematik I und II Modulbezeichnung Höhere Mathematik I und II Modulverantwortliche/r Prof. Dr. A.P. Schaffarczyk Semester 1 und 2 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Master Studiengängen Maschinenbau und Sprache Leistungspunkte (LP) 8 LP Arbeitsaufwand 6 SWS davon 4 Vorlesung und 2 Übung in Gruppen Lehrveranstaltung(en) Höhere Mathematik I und II Kurven im Raum: Begleitendes Dreibein, Frenet Formeln Vektoranalysis: div, grad, rot, Gauss scher Integralsatz Komplexe Analysis: Differentiation und Integration holomorpher Funktionen einer komplexer Variabler Cauchy-Riemann Gleichungen und komplexe Potentiale Laurent-Reihe und Residuensatz Konforme Abbildungen und Kutta-Joukovskie Formel Partielle Differentialgleichungen: 2. Ordnung: Potentialgleichung (Elliptischer Fall) Wellengleichung (hyperbolischer Fall) Besselfunktionen Wärmeleitungsgleichung (parablischer Fall) 1D nichtlineare DGL: Burgers-Gleichung und Coleman-Hopf- Transformation Einführung in die klassische Theorie der partiellen Differentialgleichungen wie sie in der Technischen Mechanik und bei fortgeschrittenen ingenieurmäßigen Problemen innerhalb der Strömungsmechanik auftreten. Die Studierenden sind nach erfolgreicher Absolvierung dieser Veranstaltung in der Lage analytischen Rechnungen wie sie in der Strömungsmechanik vorkommen, zu folgen. Klausur 2h, James: Advanced Modern Engineering Mathematics Oberle, Rothe, Sonar: Mathematik für Ingenieure (Bd. 2 und 3) 5

6 Theoretische Strömungslehre Modulbezeichnung Theoretische Strömungslehre Modulverantwortliche/r Prof. Dr. A.P. Schaffarczyk Semester 1 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 3 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 30h + 2h Klausur Selbststudium: 68h 2 SWS Lehrveranstaltung(en) Theoretische Strömungslehre 1. Wiederholung: Kontinuitätsgleichung, Bernoulligleichung, Impulsgleichung in integraler Form 2. Euler sche und Lagrange sche Betrachtrungsweise, Konvektive Beschleunigung, Differentielle Kontinuitätsgleichung 3. Kraft- und Energiedichten, Impulsgleichugen nach Euler und Navier-Stokes, Randbedingugnen 4. Exakte Lösungen der NS-Gl. 5. Stromfunktion und Geschwindigkeitspotential, 2D ideale Strö- mungen 6. Wirbeldynamik 7. Grenzschichtströmungen 8. Stabilität und Transition 9. Turbulente Strömungen Darstellung geeigneter Auszüge aus den unten genannten Standartwerken. Die Studierenden sind nach erfolgreicher Absolvierung dieser Veranstaltung in der Lage, Lehrbücher der Strömungsmechanik zu lesen. Klausur 90 min, White: Viscous Fluid Flow, Panton: Incompressible Flow 6

7 Informatik 2 Modulbezeichnung Informatik 2 Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. Remus Semester 1 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 2h Klausur Selbststudium 98h 2 SWS Lehrvortrag für alle Hörer, 2 SWS Laborübung in Gruppen Lehrveranstaltung(en) Informatik 2 Klassen und Objekte, Methoden, Konstruktoren und Destruktoren, Statische Klassenelemente, Speicherreservierung zur Laufzeit, Vererbung und Klassenbeziehungen, Templates Unified Modelling Language (UML), Aufbau der Bibliothek Numerical Recipes (NR) und deren Einsatz im Rahmen der Linearen Algebra, Erstellen von grafischen Benutzeroberflächen (GUI) unter Ver- wendung der QT-Bibliothek, Visualisierung von Berechungsergebnissen, Erstellen einer GUI-Anwendung mit grafischer Ergebnisausgabe zur Berechnung eines durch Differenzialgleichungen beschriebenen dynamischen Systems. Das Modul Informatik 2 bildet die Grundlage zur Erstellung und Verwendung objektorientierter Software. Dadurch sind die Studierenden in der Lage fachspezifische, objektorientierte Programmbibliotheken wissenschaftlich zu nutzen und in grafische Benutzeroberflächen einzubinden. Die Studierenden kennen die objektorientierte Programmierung und können unter Verwendung der Programmiersprache C++ und weiterer Programmbibliotheken Anwendungen erstellen, die nicht auf eine bestimmte Plattform oder Laufzeitumgebung angewiesen sind. Insbesondere können die Studierenden: Grafischen Benutzeroberflächen (GUI) erstellen, Berechnungsergebnisse visualisieren, Numerische Berechnungen unter Verwendung objektorientierter Bibliotheken durchführen. Darüber hinaus verstehen sie die grundlegenden Konzepte der Unified Modelling Language (UML) und können an der Spezifikati- on größerer Softwareprojekte mitwirken. In den Gruppenübungen erstellen die Studierenden kleinere Programme, die aber aufgrund der verwendeten Bibliotheken insgesamt komplexe Aufgabenstel- lungen lösen. Klausur 2h, Übungsleistung, Skript, Übungsskript im Intranet, Bücher: Numerical Recipes, William H. Press, Cambridge University Press C++, UML und Design Patterns, Helmut Herold, Addison-Wesley C++ GUI-Programmierung mit Qt 4, Jasmin Blanchette, Addison- Wesley 7

8 2 Fachübergreifende Module Betriebswirtschaft / Controlling Modulbezeichnung Betriebswirtschaft / Controlling Modulverantwortliche/r Prof. Dr. Rainer Geisler Semester 1 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 2h Klausur Selbststudium 88h 2 SWS Lehrvortrag, 2 SWS Übung in Gruppen Lehrveranstaltung(en) Betriebswirtschaft / Controlling Buchführung, Bilanzen und Kostenrechnung 1: Externes Rechnungswesen: - Formen, Zwecke und Rechtsgrundlagen - Die Systematik von Bilanzen und Konten - Ausgewählte Bewertungsfragen und Buchungsfälle Internes Rechnungswesen: - Kostenartenrechnung und Abgrenzungsrechnung - Kostenstellenrechnung und Kostenverrechnung - Selbstkostenkalkulation/ Produktkalkulation/ Auftragskalkulation - Die Krise der traditionellen Vollkostenkalkulation - (Grenz)plankostenrechnung für das Fertigungscontrolling - Deckungsbeitragsrechnung für das Produktcontrolling - Entscheidungsorientierte Kalkulation von Outsourcingentscheidungen - Konstruktionsbegleitende Kalkulation Das Modul Betriebswirtschaft und Controlling stellt als Pflichtfach eine Vertiefung und Ergänzung für Führungsaufgaben und die Unterstützung von Ingenieurskompetenzen in der Kalkulation In methodischer Hinsicht sollen die Studierenden die Regeln des externen Rechnungswesens kennen, und deren Bedeutung für Konstruktion und Produktionswirtschaft einschätzen. Die Begründung von betrieblichen Entscheidungen auf Basis von Zahlen soll die persönliche Kompetenz zu präziser logischer Argumentation schulen. In fachlicher Hinsicht steht die Beherrschung aber auch die Bewertung unterschiedlicher Verfahren der Kalkulation im Vordergrund. Dabei soll auch in persönlicher Hinsicht das unabhängige Urteil über bestimmte Kalkulationsverfahren und deren situative Angemessenheit vermittelt werden. Klausur 2h, - Zschenderlein, O.: Kompakt-Training Buchführung, Ludwigshafen Däumler/Grabe: Kostenrechnung Teil: 1: Grundlagen mit Fragen und Aufgaben, Antworten und Lösungen, Testklausuren, Herne Steger, J.: Kosten- und Leistungsrechnung - Grundlagen der Vollkosten-, Teilkosten-, Plankosten- und Prozesskostenrechnung, Oldenbourg, Kremin-Buch, B.: Strategisches Kostenmanagement: Grundlagen und moderne Instrumente, Wiesbaden Geisler, R.: Skript Betriebswirtschaft&Controlling, 255 S. 8

9 Organisation komplexer Systeme Modulbezeichnung Organisation komplexer Systeme Modulverantwortliche/r Vesna Fijala-Jessen Semester 1 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenzzeit: 60h Vor- und Nachbereitung: 70h Klausurvorbereitung: 20h 2 SWS Lehrvortrag für alle Hörer, 2 SWS Laborübung in Gruppen Lehrveranstaltung(en) Organisation komplexer Systeme Konzepte der Lean Production: - Just-in-Time und Kanban - SMED zur Reduzierung von Rüstzeiten - 5S zur Ordnung und Sauberkeit in der Fertigung - Wertstromanalyse zur Optimierung des Materialflusses - Kaizen - Heijunka zur Synchronisierung - Poka Yoke zur Fehlervermeidung Grundlagen der Materialflusssimulation - Vorgehen bei der Entwicklung von Simulationsmodellen Entwicklung von Teilmodellen in den Gruppenübungen Auswertung von Simulationsstudien Im Modul Organisation komplexer Systeme werden produktionstechnische Kompetenzen zur Gestaltung effizienter integrierter Produktionssysteme anhand der Lean Production vermittelt. Es greift auf die organisationstheoretischen Grundlagen der Bachelorvorlesungen Organisation und Unternehmensführung zu- rück. Das Verständnis über wesentliche Elemente der Lean Production sowie die Simulation von Wertströmen hilft den Studenten produktionstechnische Anforderungen bei den aufbauenden konstruktiven Fächern zu berücksichtigen. Die Studierenden lernen die wesentlichen Konzepte und Methoden des Produktionssystems Lean Production kennen und sind in der Lage, die bestehenden Verbindungen und Abhängigkeiten bei der Gestaltung von Produktionssystemen zu berücksichtigen. Nach der Erstellung von ersten logistischen Teilmodellen mit der Simulationssoftware Enterprise Dynamics können einige Zusammenhänge experimentell erarbeitet werden. Ziel ist, die Teilnehmer durch vertiefte praktische Gruppen- Übungen zu befähigen, die Problemlösungsmethoden und die Vorgehensweise bei der Durchführung von Simulationsstudien anzuwenden. Klausur 2h, Skript, Übungsskript, Bücher: Rabe/Spieckermann/Wenzel, Verifikation und Validierung für die Simulation in Produktion und Logistik: Vorgehensmodelle und en, VDI-Verlag Wenzel/Weiß/Collisi-Böhmer, Qualitätskriterien für die Simulation in Produktion und Logistik: Planung und Durchführung von Simula- tionsstudien, VDI-Verlag 9

10 3 Strukturmechanik Kontinuumsmechanik Modulbezeichnung Kontinuumsmechanik Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. Berend Bohlmann Semester 1 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 2h Klausur Selbststudium 88h 3 SWS Lehrvortrag und 1 SWS Übungen Lehrveranstaltung(en) Kontinuumsmechanik Allgemeiner Spannungszustand mit Normal- und Schubspannungskomponenten, Hauptspannungen, Mohrzirkel, Hydrostati- scher Spannungszustand, Temperatureinfluß, Verformungen am infinitesimalem Element, Allgemeiner Dehnungszustand, Verträg- lichkeitsbedingungen, Stoffgesetze, nichtlineares und Hooke sches Verhalten, Feldgleichungen nach Navier, Beltrami- Michell, Airysche Spannungsfunktion EDZ, ESZ, Rotationssymmetrische Scheiben und dickwandige Rohr in Polarkoordinaten, Von-Mises- Kriterium, Tresca-Hypothese Torsion elliptischer, schmaler, allgemeiner Rechteckquerschnitte, offener und geschlossener Querschnitte, Torsionssteifigkeit Wölbbehinderung, Kraftgleichgewicht am Plattenelement, Plattengleichung, Randbedinungen, Beispiele, Übungsaufgaben Das Modul Kontinuumsmechanik ist ein Basiselement für berechnende Ingenieure, die Bauteile und - gruppen auslegen. Es vertieft und erweitert die Grundlagen der im Bachelorstudium gelehrten Festigkeitslehre. Das Modul bildet die Grundlage für weiterführende Fächer des Masterstudiums; z.b. FEM, Spezielle Kapitel der Schiffsfestigkeit sowie für Projektarbeiten bzw. Thesen. Die Studierenden können zwischen der Kinematik und Statik eines Kontinuums unterscheiden und beide mit Hilfe des Stoffgesetzes verbinden. Sie kennen die Voraussetzungen zur Aufstellung der Gleichgewichtsbeziehungen und können die Gleichungen aufstellen. Sie kennen verschiedene Stoffgesetze und unter der Voraussetzung linearelastischen Verhaltens die allgemeine Lösung der Differentialgleichung. Sie kennen Navier- und Beltrami- Gleichungen, den Ebenen Dehnungs- und Spannungszustand und Scheibengleichungen in Polarkoordinaten. Sie sind mit Fließhypothesen vertraut. Die Studierenden beherrschen die St.-Vernant-Torsion von Stäben und Balken und können diese von der Wölbkrafttorsion abgrenzen. Sie kennen die Kirchhoff sche Theorie dünner Platten mit kleinen Durchbiegungen. Sie können die Gleichgewichtsbeziehungen am Plattenelement aufstellen sowie die Plattengleichung aufstellen und für spezielle Randbedingungen lösen. Klausur 2h, Skript, Bücher 1 0

11 Konstruieren mit Faserverbundwerkstoffen Modulbezeichnung Konstruieren mit Faserverbundwerkstoffen Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. Günter Grabe Semester 2 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 2h Klausur Selbststudium 88h 2 SWS Lehrvortrag, 2 SWS Laborübung in Gruppen Lehrveranstaltung(en) Konstruieren mit Faserverbundwerkstoffen Allgemeiner Spannungszustand mit Normal- und Schubspannungskomponenten, Hauptspannungen, Mohrzirkel, Hydrostati- scher Spannungszustand, Temperatureinfluß, Verformungen am infinitesimalem Element, Allgemeiner Dehnungszustand, Verträg- lichkeitsbedingungen, Stoffgesetze, nichtlineares und Hooke sches Verhalten, Feldgleichungen nach Navier, Beltrami- Michell, Airysche Spannungsfunktion EDZ, ESZ, Rotationssymmetrische Scheiben und dickwandige Rohr in Polarkoordinaten, Von-Mises- Kriterium, Tresca-Hypothese Torsion elliptischer, schmaler, allgemeiner Rechteckquerschnitte, offener und geschlossener Querschnitte, Torsionssteifigkeit Wölbbehinderung, Kraftgleichgewicht am Plattenelement, Plattengleichung, Randbedinungen, Beispiele, Übungsaufgaben Das Modul Konstruieren mit Faserverbundwerkstoffen ist ein Modul aus dem Abschnitt 3 Strukturmechanik. Es greift auf die im Bachelor gelehrte Statik- und Festigkeitslehre sowie auf die im Master gelehrte Kontinuumsmechanik zurück. Es erweitert die Mechanikkenntnisse auf Faser Matrix Verbunde und verbindet sie mit Finite Elemente Methoden. Studierende kennen die Eigenschaften von verschiedenen Fasern, Matrix- und Kernwerkstoffen und wissen, sie aufgabenspezifisch einzusetzen. Sie kennen und verstehen die Mikro- und Makromechnik der Faserverbundstrukturen. Sie wissen, wie ein Laminat aufgebaut wird und was dabei beachtet werden muss, um bestimmte Eigenschaften des Laminats zu erreichen. Sie können Faserverbundstrukturen für gegebene Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen auslegen. Sie können Spannungen in und zwischen Einzelschichten berechnen und mit Schadenshypothesen Sicherheiten gegenüber Versagen bestimmen. Sie verstehen die Problematik der Verbindungstechniken und können Schlaufenanschlüsse, Bolzen- und Klebverbindungen auslegen. Die Studierenden können Faserverbundstrukturen fertigungs-, festigkeits- und steifigkeitsgerecht gestalten. Die Studierenden können mit einer Faserverbund Software umgehen. In den Gruppenübungen an einer Faserverbund- Software erwerben sie die Fähigkeit, den Aufbau von Faserverbundstrukturen zu definieren und die Steifigkeits-, Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften von ebenen Mehrschichtverbunden, Balken und Platten zu berechnen. Durch die Schnittstelle zu Finite Elemente Programmen können sie auch komplex geformte Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen berechnen. Dabei lernen sie Fragestellungen aus der Faserverbundmechanik zu verbalisieren, mit anderen die Aufgabenstellung, den Lösungsweg und die Ergebnisse zu diskutieren, dies am Rechner aber auch durch Skizzieren und Präsentieren an der Tafel. Klausur 2h, Skript im Intranet Bücher: Schürmann, H.: Konstruieren mit Faserverbundwerkstoffen, Springer Verlag Daniel, I. M.; Ishai, O.: Engineering Mechanics of Composite Materials, Oxford University Press VDI 2014 Faserkunststoffverbund, Blatt 1: Grundlagen, Blatt 2 Konzeption und Gestaltung, Blatt 3 Berechnung 1 1

12 Betriebsfestigkeit Modulbezeichnung Betriebsfestigkeit Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. Berend Bohlmann Semester 3 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 2h Klausur Selbststudium 88h 3 SWS Lehrvortrag und 1 SWS Übungen Lehrveranstaltung(en) Betriebsfestigkeit Versagensformen bei dynamischer Beanspruchung Wöhlerliniengleichung und die Ermittlung von Dauerfestigkeit, Wöhlerlinienneigung, Streuung, Einfluß der Spannungsschwingweite, Kerbschärfe, Werkstoff, Grenzspannungsverhältnis, Kollektivform, Formzahl, Kerbwirkungszahl,Miner-Regel, Nennspannungs- und Strukturspannungskonzept, Kerbgrund- und Radajkonzept, Bruchmechanisches Konzept, Ausgewählte Schadensfälle, Beispielaufgaben und Übungsaufgaben Besuch des Festigkeitslabors Das Modul Betriebsfestigkeit ist ein Kernelement für berechnende Ingenieure, die Bauteile und -gruppen für dynamische Einsatzbedingungen auslegen. Es greift auf die im Bachelorstudium gelehrte Technische Mechanik und Konstruktion sowie die im Masterstudium gelehrte FEM zurück. Das Modul bildet die Grundlage für Projektarbeiten bzw. Thesen. Die Studierenden kennen die Eigenschaften metallischer Werkstoffe bei dynamischer Belastung. Sie unterscheiden zwischen Rißinitiierung und Rißfortschritt. Sie kennen Wöhlerlinien, Smith- und Haigh- Diagramme verschiedener Stahlwerkstoffe. Sie sind mit der experimentellen Bestimmung der Schwingfestigkeit vertraut und können die wichtigsten Einflußparameter auf die Betriebsfestigkeit beurteilen. Sie können relevante Belastungskollektive selbständig erarbeiten und Ergebnisse von Einstufenbeanspruchungen auf unterschiedliche Belastungskollektive übertragen. Sie kennen die wesentlichen Konzepte zur Berechnung der Betriebsfestigkeit und können sie in Abwägung der jeweiligen Vor- und Nachteile bedarfsgerecht einsetzen. Sie kennen Regelwerke zur Berechnung der Betriebsfestigkeit und beherrschen die Anwendung einer exemplarisch ausgewählten Vorschrift. Sie sind in der Lage, kritische Bauteile einer komplexen, dynamisch beanspruchten Konstruktion zu erkennen und zu analysieren. Klausur 2h, Skript, Bücher D. Radaj, Betriebsfestigkeit Verfahren und Daten zur Bauteilberechnung, VDI-Verlag, 1989 International Institute of Welding, Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components, IIW Document XIII , Abington Publishing,

13 Schwingungen II Modulbezeichnung Schwingungen Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. Günter Grabe Semester 1 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 2h Klausur Selbststudium 88h 2 SWS Lehrvortrag, 1 SWS Übung, 1 SWS Laborübung in Gruppen Lehrveranstaltung(en) Schwingungen Wiederholung Einmassenschwinger Mehrmassenschwinger Dunkerley sche Formel, Deformationsmethode Übertragungsmatrizenverfahren Kontinuumsschwinger Saiten, transversal, DGL, Stäbe, longitudinal, DGL Biegebalken, DGL und Rayleigh Quotient Hydrodynamische Massen Auswuchten, Starre Rotoren, Elastische Rotoren Elastisch gelagerte Wellen, Schiffspropellerwellen Schwingungsisolation Das Modul Schwingungen ist ein Modul aus dem Abschnitt 3 Strukturmechanik. Es greift auf die im Bachelor Studium gelehrten Grundlagen der Schwingungen von Einmassensystemen zurück. Es erweitert die Kenntnisse und Fähigkeiten in den Bereichen Mehrmassen- und Kontinuumsschwinger, Auswuchttechnik, elastisch gelagerte Wellen, Schiffspropellerwellen, Schwingungsisolation Die Teilnehmer haben nach erfolgreicher an der Lehrveranstaltung vertiefte Kenntnisse für Schwingungen bei Maschinen und Schiffen. Sie überblicken die Bandbreite schwingungstechnischer Probleme und können Strukturen schwingungsgerecht auslegen. Sie können höhere mathematische Methoden zur Modellierung von Schwingungssystemen problemorientiert auswählen und anwenden. Sie können Ziel gerichtete Maßnahmen zur Beseitigung von Schwingungserscheinungen einleiten. Bei neu zu entwickelnden Maschinen und Schiffen sind sie in der Lage, eine schwingungsgerechte Auslegung durch manuelle Berechnungen und Rechnersimulationen durchzuführen. Klausur 2h, Skript im Intranet Holzweißig, F.; Dresig, H.: Lehrbuch der Maschinendynamik, Fachbuchverlag Leibzig-Köln Dresig, H.: Schwingungen mechanischer Antriebssysteme, Springer-Verlag Handbuch der Werften, Band XXIV, Schiffsschwingungen Selke, P.; Ziegler, G.: Maschinendynamik, Westarp Wissenschaften Verlagsgesellschaft Schneider, H.: Auswuchttechnik, Springer-Verlag 1 3

14 4 Numerische Mechanik Numerische Methoden (FEM) Modulbezeichnung Numerische Methoden (FEM) Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. Moldenhauer Semester 1 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 2h Klausur Selbststudium 88h 4 SWS Lehrvortrag Lehrveranstaltung(en) Numerische Methoden (FEM) Matrizenrechnung, Lösungsverfahren für große lineare Gleichungssysteme (mit schwach besetzter Koeffizientenmatrix) Grundgleichungen der Elastizitätstheorie, Energietheoreme, Form funktionen, Berechnung von Steifigkeitsmatrizen. Grundlegende Elementtypen, deren Eigenschaften und Hauptverwendungszweck, Bedeutung und Definition der Randbedingungen, Vorgehensweise einer FEA, Grenzen der FEM, geometrische und Werkstoffnichtlinearitäten, thermische FEA, statische und dynamische FEA, Unterschiede FEM REM Das Modul Numerische Methoden (FEM) ist ein Kernelement für berechnende Ingenieure, die Bauteile und -gruppen unter realistischen Bedingungen auslegen. Es greift auf die im Bachelorstudium gelehrte Technische Mechanik zurück und bildet die theoretische Grundlage für aufbauende Kurse in der Anwendung der FEM und in Projektarbeiten bzw. Thesen. Studierende kennen die wichtigsten mathematischen Werkzeuge der FEM wie Lösungsverfahren für lineare Gleichungssysteme und die Matrizenrechnung. Sie kennen die wesentlichen Vor- und Nachteile der Solver und können sie der Aufgabenstellung gemäß auswählen. Die Studierenden kennen die physikalischen Grundlagen der Strukturmechanik und der thermischen FEA. Sie kennen die Grundlagen der Elastizitätstheorie und können den Zusammenhang zur Strukturanalyse herstellen. Die thermodynamischen Grundlagen (Fouriersches Wärmeleitgesetz, stationäre/instaionäre Wärmeleitung) sind ihnen geläufig. Sie kennen die Vorgehensweise der Berechnung von Formfunktionen und Elementsteifigkeiten und sind in der Lage, eigene Elemente zu entwickeln. Die Studierenden kennen die wichtigsten Strukturelemente mit ihren Eigenschaften und können sie bedarfsgerecht auswählen. Sie kennen die Bedeutung der Freiheitsgrade und können so verschiedene Elementtypen kombinieren und die Randbedingungen realitätsnah definieren. Geometrische und Werkstoffnichtlinearitäten sind den Studieren- den geläufig. Sie sind in der Lage, passende Elemente auszuwählen und die nötigen Eingaben sinnvoll zu wählen. Klausur 2h, Skript, Bücher: Mayr/Thalhofer, Numerische Lösungsverfahren in der Praxis, FEM-BEM-FDM, Hanser Verlag. Klein, Bernd FEM, Grundlagen und Anwendung der Finite-Elemente-Methode Vieweg-Verlag 1 4

15 Numerische Methoden (FEM-Anwendungen) Modulbezeichnung Numerische Methoden (FEM-Anwendungen) Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. Moldenhauer Semester 2 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 1,5h Test Selbststudium 88,5h 4 SWS Gruppenübung Lehrveranstaltung(en) Numerische Methoden (FEM-Anwendungen) In kleinen Gruppen werden Aufgaben mit steigender Komplexität mit einem kommerziellen FEM-System unter Anleitung bearbeitet. Geometrieerstellung und /oder -übernahme aus einem CAD- System, berechnungsgerechte Anpassung der Geometrie, Wahl geeigneter Elemente und Vernetzung, Definition und Eingabe geeigneter Randbedingungen, symmetrische Einspannungen, Auswahl geeigneter Solver Ergebnisdarstellung und Interpretation Das Modul Numerische Methoden (FEM-Anwendungen) baut auf der Vorlesung Numerische Anwendung(FEM) auf und vermittelt die Anwendung der FE-Methode an Hand eines kommerziellen FE- Systems (ANSYS). In Gruppen wird die Vorgehensweise von FEA unter Anleitung geübt. Gegenstand der Übungen sind statische und dynamische Strukturanalysen und thermische Berechnungen mit Beispielen aus dem Maschinenbau und Schiffbau. Studierende kennen die wichtigsten Menüpunkte des FE-Systems ANSYS und können Aufgaben bis zu einer mittleren Komplexität selbstständig bearbeiten und lösen. Sie können die Geometrie im FE-System erstellen oder aus einem CAD-System importieren. Sie sind in der Lage, die Bauteile berechnungsgerecht aufzuarbeiten und sinnvoll zu vernetzen. Sie können die Randbedingungen realitätsnah definieren und nutzen Symmetrien. Die Studierenden kennen Nichtlinearitäten, können Werkstoffgesetze formulieren und geeignete Elementtypen zur Erfassung von Reibung und Kontakt in das Modell implementieren. Sie sind in der Lage, die Ergebnisse interpretationsgerecht darzustellen und sie zu bewerten. Die Studierenden kennen die Grenzen der FEM und können die Glaubwürdigkeit der Ergebnisse beurteilen. Test 1,5h Skript, Online-Hilfe des FEM-Systems 1 5

16 Numerische Methoden CFD Modulbezeichnung Numerische Methoden CFD Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. K. Graf Semester 2 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenzphase 15 * 4 SWS + 2 h Leistungsscheintest = 62 Rechneraufgaben im Selbststudium 88 h 2 SWS Vorlesung, 2 SWS Übung in Gruppen Lehrveranstaltung(en) Numerische Methoden CFD Wiederholung der Kontinuumsmechanik, Navier Stokes Gleichung, Reynolds-Averaged Navier Stokes Gleichung, Turbulenzmodellierung, Diskretisierung von Strömungsgebiet, Feldvariablen, Integralen und Differenzialen, numerische Lösungsverfahren für Gleichungssysteme mit dünn besetzten Koeffizientenmatrizen Übungen: Modellierung einer Plattenströmung, Modellierung einer Tragflügelströmung, Modellierung der laminar turbulenten Umströmung eines Yachtkiels, Modellierung einer Strömung um ein Schiff unter Berücksichtigung der freien Wasseroberfläche Die Lehrveranstaltung beschäftigt sich mit der numerischen Simulation viskoser turbulenter Strömungen in Theorie und praktischer Übung. Es handelt sich um einen Kurs der fortgeschrittenen Fluidmechanik Die Studierenden kennen das Konzept der Simulation von Strömungen mit numerischen Verfahren. Sie verstehen die theoretische Basis dieser Verfahren und ihre Umsetzung in Rechnerprogrammen. Sie kennen die Komplexität der Verfahren und können insbesondere die Anforderungen an Hardware- und Softwareumgebung abschätzen. Sie sind mit den Möglichkeiten und Grenzen der numerischen Strömungssimulationsverfahren vertraut, kennen den aktuellen Stand der Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet. Sie sind in der Lage, abzuschätzen, ob ein Strömungsproblem ihrer beruflichen Praxis für die Behandlung mit numerischen Simulationen geeignet ist. Sie sind praktisch in der Lage, schiffbauliche Strömungsprobleme mit einem vorhandenen RAN- SE-Solver zu modellieren. Sie können Ergebnisse erzeugen und bewerten. Die Lehrveranstaltung bereitet insbesondere auf eine tiefergehende Beschäftigung mit diesem Thema zum Beispiel im Rahmen einer Promotion vor. Übungsaufgaben, Klausur 2 h Ferziger, Peric: Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, Berlin,

17 Programming of Numerical Methods Modulbezeichnung Programming of Numerical Methods Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. K. Graf Semester 2 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtmodul in den Sprache Master Studiengängen Maschinenbau und Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenzphase 15 * 4 SWS + 2 h Leistungsscheintest = 62 Selbststudium 88 h Laborübung 4 SWS Lehrveranstaltung(en) Programming of Numerical Methods Einführung in die Theorie eines numerischen Strömungssimulationsverfahrens (Vortex Lattice Code oder Navier Stokes Solver für orthogonale Einheitsgitter). Einführung in die Bibliotheken Qt, O- PENGL und LAPACK. Programmierung einer graphischen Benutzerschnittstelle, eines Parsers für geometrische Diskretisierungsmodelle und einer 3D-Graphik für die Darstellung von Feldvariablen. Programmierung des numerischen Verfahrens. Programmentwicklung numerischer Verfahren und dazugehörende Randgebiete (graphische Verfahren für Feldvariable, Postprocessing geometrischer Diskretisierungsdateien) Der Studierende erlernt die Programmentwicklung numerischer Verfahren. Er kennt die wichtigsten Schritte des Software- LifeCycle kennen. Er kennt das Grundprinzip von Softwarearchitekturbeschreibungen mittels UML. Als Werkzeugkasten seiner Entwicklungsmethoden lernt er C++ in einer hochentwickelten Entwicklungsumgebung unter Hinzuziehung einer GUI-Bibliothek wie Qt, eines Graphiksystems wie OPENGL und einer mathematischen Bibliothek wie LAPACK kennen und kann mit ihnen eigene programmatische Problemstellungen lösen. Anhand einer bei- spielhaften Entwicklung wird er mit der Abstraktion eines numerischen Problems, der programmatischen Umsetzung, der Testung und dem Deployment vertraut sein. Leistungsschein (semesterbegleitend, Übungsaufgaben), Leistungsscheintest am Ende des Semesters Press, et.al.: Numerical Recipes in C++, Cambridge University Press, 2007 OPENGL ARB: OpenGL Programming Guide The Red Book, Addison-Wesley, Reading, MA/USA, 1993 Wolf, J.: Qt4, Galileo Press, Bonn,

18 5 Weiterführende Kapitel der Schiffstechnik Spezielle Kapitel der Schiffsfestigkeit Modulbezeichnung Spezielle Kapitel der Schiffsfestigkeit Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. Berend Bohlmann Semester 3 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtwahlmodul im Sprache Master Studiengang Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 2h Klausur Selbststudium 88h 3 SWS Lehrvortrag und 1 SWS Übungen Lehrveranstaltung(en) Spezielle Kapitel der Schiffsfestigkeit St. Venant- und Wölbkrafttorsion von dünnwandigen, vielzelligen Querschnitten, Schubmittelpunkt, Verwölbung, Wölbnormal- und Wölbschubspannungen Stabilität von Stäben mit Knicken, Kippen, Biegedrillknicken, Druckbiegung Isotrope und orthotrope Scheiben und Platten, Differentialgleichung, Spannungen, Verformungen, Krafteinleitungen, Schalen, Differentialgleichung, Spannungen, Verformungen Beulen von Platten und Schalen Mittragende Breiten 1. und 2. Art Beispielaufgaben und Übungsaufgaben Das Modul Spezielle Kapitel der Schiffsfestigkeit ist ein Kernelement für berechnende Ingenieure, die im schiffbaulichen Umfeld Bauteile und -gruppen für lokale und globale Belastungen auslegen. Es greift auf die im Bachelorstudium gelehrte Festigkeit von Schiffen und auf Schiffselemente sowie die im Masterstudium gelehrte Kontinuumsmechanik zurück. Das Modul bildet die Grundlage für Projektarbeiten bzw. Thesen. Die Studierenden können die Torsionseigenschaften von Schiffsquerschnitten mittels der St.Venant Torsion bestimmen. Sie können den Schubmittelpunkt von Schiffsquerschnitten ermitteln und das Verhalten der Querschnitte unter den Bedingungen der Wölbkrafttorsion berechnen. Sie können Stabilitätsprobleme von Stabwerken beurteilen. Sie stellen die Gleichgewichtsbeziehungen von gedrückten Stäben auf und lösen die homogenen Differentialgleichungen. Sie wenden die Energiemethode an und berechnen die Eigenwerte gedrückter Stabwerke mit Hilfe des Rayleigh-Quotienten. Sie lösen die inhomogenen Differentialgleichungen zur Berücksichtigung statischer Zusatzlasten. Sie können Flächentragwerke hinsichtlich Trägerroste, Scheiben, Platten und Schalen klassifizieren und lösen die zugehörigen Differentialgleichungen. Sie können daraus Spannungen und Verformungen ermitteln. Die Studierenden können die kritischen Lasten von Platten und Schalen berechnen. Sie bestimmen die mittragenden Breiten 1. und 2. Art für flächenhafte Träger und Platten. Klausur 2h, Skript, liste 1 8

19 Spezielle Kapitel der Schiffskonstruktion Modulbezeichnung Spezielle Kapitel der Schiffskonstruktion Modulverantwortliche/r Prof. Boesche Semester 2 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtwahlmodul im Sprache Master Studiengang Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenz: 60h + 2h Klausur Selbststudium 88h 3 SWS Lehrvortrag und 1 SWS Übungen Lehrveranstaltung(en) Spezielle Kapitel der Schiffskonstruktion Softwarelandschaften der Konstruktionsprozesse, Bereitstellung von Daten und Konstruktionselementen, automatisierte Unterstützung von internen und externen Prüfprozessen, Änderungsmanagement, Überwindung von Medienbrüchen, Fehlerquellen. Moderne Konstruktion von Ro-Ro- und RoPax-Schiffen: Typen, Rampenanordnungen, Stauung der Ladung, Stabilität, Ausführungen, Passagierbereiche, kritische Auslegungskriterien wie Schiffsstabilität, Schwingungen, Schall. Mega-Yachten und Kreuzfahrtschiffe: Typen, besondere Anforderungen aus der Architektur, korrosionsbeständige Werkstoffe und Leichtbau, Längs- und Querfestigkeit des Rumpfes, Konstruktion von großen Aussenhautdurchbrüchen, Hubschrauberlandedecks. Containerschiffe: Schiffsgrößen, Containergrößen, Stauung, Zurrung, Stabilität, Längs-, Quer- und Torsionsfestigkeit des Schiffsrumpfes, Beispielaufgaben und Übungsaufgaben Das Modul Spezielle Kapitel der Schiffskonstruktion ist ein Kernelement für konstruierende Ingenieure, die im schiffbaulichen Umfeld Bauteile und -gruppen für lokale und globale Belastungen auslegen. Es greift auf die im Bachelorstudium gelehrte Konstruktion und Festigkeit von Schiffen, Schiffselemente, CAD zurück. Das Modul bildet die Grundlage für Projektarbeiten bzw. Thesen. Die Studierenden können die Konstruktionsprozesse des Schiffbaus diskutieren und gestalten. Sie kennen die Besonderheiten digitalisierter Konstruktionsprozesse und können Konzepte mit spezifischen Vor- und Nachteilen auf konkrete Anwendungsfälle übertragen und bewerten. Sie können auch über Unternehmengrenzen hinweg verteilte Prozesse der Konstruktion, Prüfung, Fertigung und Erprobung am Stand der Wissenschaft und Forschung spiegeln und fortentwickeln. Die Studierenden verbinden Prozeßkenntnisse mit den besonderen Anforderungen des Spezialschiffbaus. Sie kennen die beim Transport spezieller Ladung auftretenden Anforderungen und verstehen es, die Besonderheiten in konstruktive Lösungen umsetzen. Sie kennen das Vorgehen bei Ro/Ro- und RoPax- Schiffen, Megayachten, Kreuzfahrtschiffen und Containerschiffen und können es auf andere Schiffstypen übertragen. Klausur 2h, Skript, Zeichnungen, Handbücher, liste 1 9

20 Schiffsdynamik Modulbezeichnung Schiffsdynamik Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. K. Graf Semester 2 Häufigkeit des Verwendbarkeit des Pflichtwahlmodul im Sprache Master Studiengang Leistungspunkte (LP) 5 LP Arbeitsaufwand Präsenzphase 15 * 4 SWS + 2 h Klausur = 62 Selbststudium 88 h Vorlesung 2 SWS, Laborübung 2 SWS Lehrveranstaltung(en) Schiffsdynamik Einführung in die Kavitation von Schiffspropellern, Kavitationsversuch, Kavitation im eingeregelten Nachstromfeld, Versuch zur Ermittlung des Nominelles Nachstromfeldes (LDA), Propellerstrahltheorie, Propellerprofiltheorie, Propellerwirbeltheorie, Vertiefung des Propulsionsversuches, Einführung in das Manövrieren von Schiffen, Manövriergleichungen, Bewertung der Manövriereigenschaften, Manövrierorgane, Einführung in die Seegangsbewegungen von Schiffen, Beschreibung von natürlichem Seegang, Prognoseverfahren für die Bewegung von Schiffen im Seegang, Streifentheorie Fortgeschrittene Schiffshydromechanik Der Studierende lernt fortgeschrittene Methoden zur Ermittlung und Optimierung der hydromechanischen Eigenschaften von Schiffen kennen. Er ist in der Lage, schiffshydromechanischen Problemstellungen zu bearbeiten, die über die im Entwurf gestellten Probleme (Widerstand und Propulsion) hinausgehen. Er ist insbesondere in der Lage, Fragen zur Kavitationsfestigkeit, zum effektiven Nachstrom und zur Propelleroptimierung im Nachstrom zu beantworten. Er ist in der Lage, das Seegangs- und Manövrierverhalten von Schiffen zu bewerten und beherrscht die rechnerischen Prognoseverfahren hierzu. Die Lehrveranstaltung bereitet die Studierenden auch auf eine Tätigkeit in einer Schiffbauversuchsanstalt oder in einem Ingenieurbüro mit Tätigkeiten in diesem Umfeld vor. Sie schafft zudem die Grundlagen für eine tiefergehende wissenschaftliche Befassung mit dem Thema, etwa im Rahmen einer Promotion. Klausur 2h, Skript im Intranet Bücher: Bertram: Practical Ship Hydrodynamics, Verlag Butter- worth Heinemann, London,