TUK - Fachbereich MV Modulhandbuch MSc Computational Engineering Stand Modulhandbuch Masterstudiengang Computational Engineering

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1 Modulhandbuch Masterstudiengang Computational Engineering Stand:

2 Inhaltsverzeichnis Studienverlaufsplan S. 3 Pflichtmodule S. 4 Fachspezifische Wahlpflichtmodule S. 20 Aufgrund des großen Umfangs befindet sich die Übersicht über die allgemeinen Wahlmodule und die jeweilige Modulbeschreibung in einer separaten Datei. 2

3 Studienverlaufsplan: Kennung Modul Masterstudiengang Computational Engineering Studienstart: Sommer-/Wintersemester (SS/WS) Stand: Semester SS WS SS Pflichtmodule 23 19,2% MV-SAM-M123-M-4 Algorithmen und Programmierung 6 6 5,0% MV-TM-M135-M-7 Optimierung für Ingenieure 3 3 2,5% MV-TD-107-M-4 Molekulare Thermodynamik 3 3 2,5% MV-SAM-101-M-4 Strömungsmechanik II 5 5 4,2% MV-TM-143-M-4 Nichtlineare Finite Elemente 6 6 5,0% Wahlpflichtmodule 19 15,8% Wahlpflichtmodule Wahlpflichtmodule Master MV allgemein 6 5,0% Wahlpflichtmodule 6 6 MV-MV-215-M-4 Projektarbeit ,0% MV-MV-216-M-4 Abschlussarbeit 30 50,0% Masterarbeit Kolloquium Gesamtsumme LP bzw. Gewichtung Gesamt ,0% Anzahl der Prüfungen im Pflichtbereich 2 3 LP Stellenwert in Gesamtnote Summe der LP pro Studienjahr

4 Modul: Algorithmen und Programmieren Veranstaltungen Algorithmen und Programmieren (Vorlesung/Übung) Basisdaten Modulkennung MV-SAM-M123-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Algorithmen und Programmieren Titel (Englisch) Studiensemester Turnus WS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 6 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 56 Selbststudium 124 Gesamtaufwand 180 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen (bei Bedarf Englisch) SWS: 2 V, 2 Ü Beamer, Tafel, Overhead schriftliche Prüfung (180 min.) am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch Einführung in die numerische und angewandte Mathematik mit in C programmierten Beispielen aus den Ingenieurbereichen Mechanik, Fluidtechnik, Chemie, Thermodynamik und Wärmeübertragung. Verfahren der numerischen Integration, Fourier Analyse, Signalanalyse und Approximation. Lösen von Gleichungen mit den Verfahren nach Gauss-, Thomas und Gauss-Seidel. Iterative Lösungs-algorithmen wie CGS, BiCGS und BiCGSTAB. Kurvenanpassung über Least-Squares und Splines. 4

5 Finite Differenzen, Randwertprobleme, Prädiktor-Korrektor- und Runge-Kutta-Verfahren. Einführung in die Finite Elemente, Galerkin Methode und Finite Volumenmethode Kompetenzziele Kompetenzen: Methodenkompetenz Fachkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: Die Studierenden sind in der Lage, - numerische Lösungsverfahren für Ingenieurprobleme auszuwählen - Algorithmen für Berechnungsprobleme zu entwickeln - Algorithmen programmtechnisch umzusetzen, Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse keine Literatur Wird im Rahmen der Veranstaltung bekannt gegeben. Sonstige Informationen Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Martin Böhle 5

6 Modul: Optimierung für Ingenieure Basisdaten Modulkennung MV-TM-M135-M-7 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Optimierung für Ingenieure Titel (Englisch) Engineering Optimization Studiensemester Turnus SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen SWS: 2V Tafel/Overhead, Beamer, Folien, Hilfsblätter, Matlab Mündliche(30-45 Min.) Prüfung am Ende eines jedes Semesters möglich. Inhalt Englisch Es werden die Grundlagen der Optimierung vorgestellt, wobei ein Fokus auf gängige und bewährte Optimierungsverfahren für Problemstellungen aus dem Bereich der angewandten Strukturoptimierung gelegt wird. Im Rahmen einer Einleitung werden grundlegende Kenntnisse über mathematische Begriffe und Aspekte der Optimierung vermittelt. Danach werden Optimierungsprobleme ohne Restriktionen sowie Probleme mit Restriktionen betrachtet. Hierauf aufbauend werden alternative Formulierungen eines Optimierungsproblems (sog. Lagrange-Dualität) mit Hilfe von Lagrange-Funktionen dargestellt. Anschließend werden Approximationsverfahren, Optimalitätskriterienverfahren und Mehrkriterienoptimierung betrachtet. Abschließend werden Ausblicke auf weitere Gebiete wie der Formoptimierung und der Topologieoptimierung gegeben. Kompetenzziele Kompetenzen: 6

7 1. Vorlesung Fachkompetenz Methodenkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: 1. Vorlesung Die Studierenden sind in der Lage - Grundbegriffe der mathematischen Optimierung wiederzugeben - verschiedene Optimierungsstrategien zu erklären - Optimierungsstrategien zu vergleichen und zu bewerten - unterschiedliche (z. B. primale und duale) Formulierungen eines Problems erstellen und bewerten können - Optimierungsstrategien numerisch umzusetzen und anzuwenden Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlende Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Technischer Mechanik und Höherer Mathematik Literatur - Harzheimer, L.: Strukturoptimierung - Grundlagen und Anwendungen, Verlag Harri Spelucci, P.: Numerische Verfahren der nichtlinearen Optimierung, Birkhäuser Verlag Reinhard, R.; Hoffmann, A.; Gerlach T.: Nichtlineare Optimierung, Springer Verlag Schumacher, A.: Optimierung mechanischer Strukturen - Grundlagen und industrielle Anwendungen, Springer-Verlag 2005 Sonstige Informationen Modulbeauftragte Dr.-Ing. Christian Sator 7

8 Modul: Molekulare Thermodynamik Veranstaltungen Molekulare Thermodynamik (bisher: Statistische Thermodynamik I) (Vorlesung/Übung) Basisdaten Modulkennung Prüfungsnummer MV-TD-107-M-4 MV---P- Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Molekulare Thermodynamik Titel (Englisch) Molecular Thermodynamics Studiensemester Turnus WS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 42 Selbststudium 78 Gesamtaufwand 120 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen SWS: 2V, 1Ü Tafel, Kurzübungsblätter, weitere Übungsmaterialien und Skript im OLAT verfügbar Mündliche Prüfung (15-30 min.) am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch - Grundbegriffe der statistischen Mechanik - Ensembles - Phasenraum - Zustandssumme - thermodynamische Zustandsgrößen - analytisch lösbare Spezialfälle - Molekulare Simulation - Monte-Carlo-Simulation (MC) - Molekulardynamik (MD) - effektive Paarpotentiale 8

9 Kompetenzziele Kompetenzen: 1. Vorlesung: - Fachkompetenz 2. Übung: - Fachkompetenz - Methodenkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: 1. Vorlesung: Die Studierenden sind in der Lage, - die grundlegenden Konzepte der statistischen Mechanik sinnvoll miteinander zu verknüpfen - die Struktur molekularer Modelle zu entwerfen - grundlegende Methoden der MC- und MD-Simulation einander gegenüberzustellen 2. Übung: Die Studierenden sind in der Lage, - den durch die statistische Mechanik auf Grundlage der klassischen Mechanik gegebenen Formalismus anzuwenden, um einen molekulare Simulationsmethoden und thermodynamische Zustandsgrößen zueinander in Bezug zu setzen - statistisch-mechanisch rigorose Argumente auszuarbeiten - Lösungsansätze für Probleme der molekularen Thermodynamik zu identifizieren und eine mögliche konkrete Vorgehensweise zu planen Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzungen: Thermodynamik I/II Literatur Allen, M. P., Tildesley, D. J.: Computer Simulation of Liquids, Oxford University Press, 1989 Sonstige Informationen Studiengänge: - Master BCI, Schwerpunkt Thermodynamik/Prozessdesign (Pflichtmodul) - Master Bioverfahrensrechnik (Wahlmodul) - Master Computational Engineering (Pflichtmodul) - Master Energie- und Verfahrenstechnik (Wahlmodul) - Diplom Maschinenbau und Verfahrenstechnik 9

10 Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Hans Hasse 10

11 Modul: Strömungsmaschinen II Basisdaten Modulkennung MV-SAM-111-M-7 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Strömungsmaschinen II Titel (Englisch) Fluid Flow Machines II Studiensemester Turnus SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen SWS: 2 V Tafellehrveranstaltung mit Power-Point Unterstützung Schriftliche Prüfung (90 min.) am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch - Profil- und Gitteraerodynamik - Kavitation - Betriebsverhalten von Strömungsmaschinen in Anlagen - Profil- und Gitteraerodynamik - Auslegung von axialen Strömungsmaschinen - Auslegung von radialen Strömungsmaschinen - Gestaltung von Leitapparaten (schaufelloser Diffusor, beschaufelter Diffusor und Spiralgehäuse) Kompetenzziele 11

12 - Fachkompetenz - Methodenkompetenz Vorlesung Die Studierenden sind in der Lage - Die Strömung um Schaufelprofile und in Schaufelgittern zu beschreiben - Das Betriebsverhalten von Strömungsmaschinen in Anlagen zu beurteilen - Regelungstrategien von Strömungsmaschinen anzuwenden - Auslegungsmethoden von axialen und radialen Strömungsmaschinen zu erklären Übung Die Studierenden sind in der Lage - Schaufelprofile und Schaufelgitter mit Hilfe von NACA-Unterlagen auszulegen - Geeignete Strömungsmaschinen für den Betrieb in Anlagen im Hinblick auf Effizienz, Betriebssicherheit und unter Einhaltung besonderer Randbedingungen, wie z.b. Kavitation, auszuwählen - Axialverdichter und Axialturbine auszulegen und nachzurechnen - Radialverdichter und Kreiselpumpen auszulegen und nachzurechnen Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Strömungsmechanik I Empfohlene Voraussetzungen: Strömungsmaschinen I, Strömungsmechanik II Literatur [1] R. H. Aungier: Centrifugal Compressors, ASME Press, New York, 2000 [2] R. H. Aungier: Axiall Compressors, ASME Press, New York, 2003 [3] N. A. Cumpsty: Compressor Aerodynamics, Addison Wesley Longman Limited, Harlow, 1989 [4] P. Hill, C. Peterson: Mechanics and Thermodynamics Propusion, Addison-Wesley Publishing Company, New York, 1992 Sonstige Informationen Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Martin Böhle Dr.-Ing. Harald Roclawski 12

13 Modul: Nichtlineare Finite Elemente Veranstaltungen Nichtlineare Finite Elemente (Vorlesung) Basisdaten Modulkennung MV-TM-143-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Nichtlineare Finite Elemente Titel (Englisch) Non-linear Finite Elements Studiensemester Turnus WS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 6 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 56 Selbststudium 124 Gesamtaufwand 180 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen /Englisch SWS: 2V, 2Ü Power-Point Präsentation, Tafel Mündliche Prüfung (45-60 min) am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch - nichtlineare Phänomene in der Mechanik - kontinuumsmechanische Grundgleichungen der nichtlinearen Elastizitätstheorie - schwache Form in Ausgangs- und Momentankonfiguration - Linearisierung - isoparametrische Diskretisierung in Ausgangs- und Momentankonfiguration - lokale Zeitintegration interner Variablen - iterative Lösungsverfahren für zeitunabhängige, nichtlineare Probleme 13

14 Kompetenzziele 1. Vorlesung - Fachkompetenz - Methodenkompetenz 2. Übung - Fachkompetenz - Methodenkompetenz 1. Vorlesung Die Studierenden sind in der Lage - nichtlineare Phänomene der Kontinuumsmechanik zu klassifizieren - nichtlineare kontinuumsmechanische Probleme mit Hilfe der Finite Elemente Methode zu analysieren - Zeitintegrationsverfahren auf lokale Evolutionsgleichungen anzuwenden - geeignete numerische Verfahren zur Lösung nichtlinearer Gleichungssysteme auszuwählen - die Ergebnisse nichtlinearer Finite Elemente Berechnungen kritisch zu bewerten 2. Übung Die Studierenden sind in der Lage - mit Hilfe der in der Vorlesung behandelten Methoden - schwache Formen von nichtlinearen Differentialgleichungen und deren Linearisierung herzuleiten - Elementformulierungen zur Lösung nichtlinearer Probleme in DAEdalon zu entwickeln, zu implementieren und zu testen - Ergebnisse nichtlinearer Finite Elemente Berechnungen auszuwerten - ihre Lösungsansätze und Ergebnisse in der Übungsgruppe vorzustellen und zu diskutieren Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Vorkenntnisse / Vorlesungen: Grundvorlesungen der Technischen Mechanik, Kontinuumsmechanik, Nichtlineare Kontinuumsmechanik, Finite Elemente Literatur - Bathe: Finite Element Methoden, Springer - Belytschko, Liu, Moran: Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures, Wiley Crisfield: The Finite Element Method - Non-linear Finite Element Analysis of Solids and Structures, Wiley Hughes: The Finite Element Method, Prentice Hall 14

15 - Wriggers: Nichtlineare Finite-Element-Methoden, Springer - Zienkiewicz, Taylor: The Finite Element Method: The Basis, Butterworth-Heinemann - Zienkiewicz, Taylor: The Finite Element Method: Solid Mechanics, Butterworth-Heinemann Sonstige Informationen Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Ralf Müller Dr.-Ing. Christian Sator Juniorprof. Dr.-Ing. Charlotte Kuhn 15

16 Modul: Projektarbeit Basisdaten Modulkennung Titel () Projektarbeit Titel (Englisch) Project thesis Studiensemester Turnus Dauer Leistungspunkte (ECTS) 12 Notengewicht Modul bestätigt nein Aufwände Kontaktzeit Selbststudium Gesamtaufwand Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen Inhalt Englisch Kompetenzziele Voraussetzungen Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Vorkenntnisse Literatur Sonstige Informationen 16

17 Modulbeauftragte Dr.-Ing. Marcus Ripp 17

18 Modul: Abschlussarbeit (Masterarbeit) Basisdaten Modulkennung MV-MV-216-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Abschlussarbeit (Masterarbeit) Titel (Englisch) Master's Thesis Studiensemester 3 Turnus WS/SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 30 Notengewicht Modul bestätigt nein Aufwände Kontaktzeit Selbststudium Gesamtaufwand 900 Modalitäten Sprache deutsch/englisch Lehrformen Medienformen Prüfungsformen Bewertung der Arbeit (80%) und Kolloquium (20%) Inhalt Englisch Experimentelle, konstruktive oder theoretische Forschungsarbeit im Themengebiet eines Lehrstuhls des Fachbereichs Maschinenbau und Verfahrenstechnik#. Der individuelle Inhalt wird gemeinsam mit dem Betreuer festgelegt, im Allgemeinen sind folgende Punkte enthalten: - Einarbeiten in die Thematik und den aktuellen Stand der Technik - Planung der Themenbearbeitung - Entwicklung eines Problemlösungsansatzes - Dokumentation der Problemlösung - Abschließende Präsentation der Arbeit Kompetenzziele Vermittelte Kompetenzen: - Fachkompetenz 18

19 - Methodenkompetenz - Selbstkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: Die Studierenden sind in der Lage - ein in sich abgeschlossenes Thema innerhalb der gegebenen Frist mit wissenschaftlichen Methoden zu bearbeiten und die imi Studium erworbenen Kenntnisse und Fähigkeiten anzuwenden. - ihre Aufgabe eigenverantwortlich zu planen und durchzuführen. - den Stand der Technik in ihrem Themengebiet zu recherchieren und wiederzugeben - Zusammenhänge zwischen ihrem Thema und weiteren Fachgebieten herzustellen. - die Problemstellung zu analysieren, darauf aufbauend die richtigen Lösungsmöglichkeiten auszuwählen und eine Lösung zu entwickeln. - alle Arbeitsschritte und insbesondere die Lösung angemessen zu dokumentieren. - die gefundene Lösung zu bewerten, in einem Kolloquium zu präsentieren und argumentativ zu verteidigen. - ihre Ergebnisse kritisch zu reflektieren und Verbesserungsmöglichkeiten für die Zukunft zu ermitteln Voraussetzungen min. 30 CP im Studiengang erbracht Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Vorkenntnisse Literatur Sonstige Informationen Modulbeauftragte Dr.-Ing. Marcus Ripp 19

20 Wahlpflichtliste Master Computational Engineering (Stand ) Nr Name dt. CP Sem MV TM 100 M 4 Ausgewählte Kapitel der Mechanik 3SS MV IVW 235 M 7 Berechnung und Konstruktion von Verbundwerkstoffen 3 WS MV TM 168 M 4 Bruchmechanik 3 SS MV TD 224 M 7 Computerlabor Molekulare Simulation 3 SS MV LTD M187 M 7 Datenauswertung und Versuchsplanung 3SS MV TM 145 M 7 Einführung in die Boundary Element Methode 3 SS MV TD M172 M 4 Elektrolytthermodynamik 3 WS MV ASM M192 M 7 Konstruktionsanalyse und Modellierung 5WS MV TM 257 M 4 Kontaktmechanik 3 WS MV TD 298 M 4 Modellierung, Simulation und Optimierung in der Verfahrenstechnik 3WS MV TM M142 M 7 Nichtlineare Kontinuumsmechanik 3 SS MV SAM 276 M 4 Numerische Strömungsmechanik mit Open Source Tools 5 WS MV MEGT M163 M 4 Numerische Tribologie 3 WS+SS MV SAM M146 M 4 Optimierung in der Strömungsmechanik 3SS MV TD M145 M 4 Polymerthermodynamik 3 WS MV TD 135 M 7 Prozessthermodynamik 4 SS MV WKK 108 M 4 Schwingfestigkeit metallischer Werkstoffe I 3 WS MV WKK M134 M 4 Schwingfestigkeit metallischer Werkstoffe II 3 SS MV SAM M161 M 4 Softwareunterstützte Auslegung von Strömungsmaschinen 3 WS MV SAM 111 M 7 Strömungsmaschinen II 3 SS MV SAM 267 M 7 Strömungsmaschinen III 3 WS MV SAM 137 M 7 Strömungsmechanik III (CFD) 3 WS MV TD 264 M 4 Thermodynamik der Transportprozesse 3 WS 20

21 Modul: Ausgewählte Kapitel der Mechanik Basisdaten Modulkennung MV-TM-100-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Ausgewählte Kapitel der Mechanik Titel (Englisch) Selected Topics of Mechanics Studiensemester Turnus WS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen SWS: 2 V Medienformen Tafel, Print- und Digitalmedien Prüfungsformen mündliche Prüfung (30-45 min.) am Ende eines jedes Semesters möglich Inhalt Englisch In der Vorlesung werden Teilaspekte der Mechanik vermittelt, welche in den Grundvorlesungen nicht vermittelt werden können. Es wird auf mathematische Grundlagen der Tensorrechnung in krummlinigen Koordinaten eingegangen. Anwendung finden die Konzepte in der Schalentheorie, der Mikromechanik und bei der Plastizitätstheorie. Grundlagen der Tensorrechnung - Euklidische Vektorräume - ko- und kontravariante Koordinaten - Vektor- und Tensoralgebra in krummlinigen Koordinaten 21

22 - Kovariante Ableitung, Vektor- und Tensoranalysis Schalentheorie - Grundlagen der Membran- und Biegetheorie Mikromechanik - Eshelby-Lösung für Einschlüsse - Analytische Homogenisierungsverfahren Plastizitätstheorie - Fließflächen nach von Mises, Tresca, Mohr - assoziierte und nicht-assoziierte Fließregeln - ratenabhängige und ratenunabhängige Plastizität Kompetenzziele 1. Vorlesung - Fachkompetenz - Methodenkompetenz 1. Vorlesung Die Studierenden sind in der Lage - grundlegende Prinzipien und Arbeitsmethoden der Tensorrechnung wiederzugeben - Schalenprobleme mithilfe der Membran- und der Biegetheorie zu analysieren - die Eshelby Lösung für Einschlüsse zu beschreiben - analytische Homogenisierungsverfahren anzuwenden - Probleme der Plastizität numerisch umzusetzen und zu analysieren Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung 22

23 Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Technischer Mechanik und Höherer Mathematik Literatur E. Klingbeil: Tensorrechnung für Ingenieure, B.I.-Hochschultaschenbuch D. Gross, Th. Seelig: Bruchmechanik - Mit einer Einführung in die Mikromechanik, Springer Sonstige Informationen Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Ralf Müller Dr.-Ing. Christian Sator 23

24 Modul: Berechnung und Konstruktion von Verbundwerkstoffen Veranstaltungen Berechnung und Konstruktion von Verbundwerkstoffen (Vorlesung) Basisdaten Modulkennung MV-IVW-235-M-7 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Studiensemester Turnus Berechnung und Konstruktion von Verbundwerkstoffen WS Titel (Englisch) Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen SWS: 2 V PowerPoint-Präsentation, Tafel, Flipchart, Bereitstellung des Vorlesungsskripts als PDF-Datei Schriftliche Prüfung (60 Min.) am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch - Prinzipien der Faserverstärkung - Mikromechanik der Verbundwerkstoffe - Klassische Laminattheorie - Versagenskriterien - Eigenspannungen in Schichtverbunden - Konstruktionsprinzipien 24

25 Kompetenzziele Zu vermittelnde Kompetenzen: - Fachkompetenz - Methodenkompetenz Lernziele Die Studierenden sind in der Lage: - Die Wirkungsweise von Verbundwerkstoffen zu beschreiben - Zusammenhänge zwischen Faserverstärkung und mechanischem Verhalten aufzuzeigen - Das mechanische Verhalten von Laminaten zu berechnen und zu analysieren - Einfache Bauweisen mit Verbundwerkstoffen zu konstruieren - Verschiedene Verbundwerkstoffe zu vergleichen und zu bewerten Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzungen: Einführung in die Verbundwerkstoffe, Technische Mechanik Literatur - Schürmann, Helmut: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, 2. bearb. und erw. Aufl.: Springer, 2007 (VDI) ISBN Puck, Alfred: Festigkeitsanalyse von Faser-Matrix-Laminaten: Modelle für die Praxis. Hanser 1996 (als freier Download im Internet verfügbar) Sonstige Informationen Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Joachim Hausmann 25

26 Modul: Bruchmechanik Basisdaten Modulkennung MV-TM-168-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Bruchmechanik Titel (Englisch) fracture mechanics Studiensemester Turnus SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen SWS: 2V Tafel/Overhead, Beamer, Folien, Hilfsblätter mündliche Prüfung ( min.) am Ende eines jedes Semesters möglich Inhalt Englisch - Aufgaben, Annahmen und Entwicklung der Bruchmechanik - Grundlagen der Elastizitätstheorie - Keil- und Spitzkerbprobleme - Rissproblem - Asymptotische Betrachtungsweise - Intensitätskonzepte - Energiebetrachtungen - Mixed-Mode Bruchmechanik - Elastisch-Plastische Bruchmechanik 26

27 - Fließbruchmechanik - Risswiderstandskurve Kompetenzziele 1. Vorlesung Fachkompetenz Methodenkompetenz 1. Vorlesung Die Studierenden sind in der Lage - grundlegende Prinzipien und Arbeitsmethoden der Bruchmechanik wiederzugeben - Ursachen und Erscheinungsformen eines Bruches anzugeben - das Verhalten eines Risses zu beschreiben - Bruchmechanische Probleme numerisch umzusetzen und zu analysieren Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Grundkenntnisse in Technischer Mechanik und Höherer Mathematik Literatur - Gross, Seelig: Bruchmechanik Mit einer Einführung in die Mikromechanik, Springer Verlag - Kienzler: Konzepte der Bruchmechanik, Vieweg - Kanninen, Popelar: Advanced Fracture Mechanics, Oxford Engineering Science Series Sonstige Informationen Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Ralf Müller Dr.-Ing. Christian Sator 27

28 Modul: Computerlabor Molekulare Simulation Basisdaten Modulkennung MV-TD-224-M-7 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Computerlabor Molekulare Simulation Titel (Englisch) Computerlab Molecular Simulation Studiensemester Turnus SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen SWS: 2V Tafelanschrieb, Folien, Kurzübungsblätter, Beispielcodes und weitere Materialien im OLAT mündliche Prüfung (15-30 min.) am Ende eines jedes Semesters möglich Inhalt Englisch - Molekulare Simulationstechniken (Monte Carlo und Molekulardynamik) - Interpretation der Simulationsergebnisse - Anwendungen in der Thermodynamik Kompetenzziele 1. Vorlesung - Fachkompetenz 28

29 2. Labor: - Fachkompetenz - Methodenkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: 1. Vorlesung Die Studierenden sind in der Lage - die Zuverlässigkeit und den Anwendungsbereich der Methoden der molekularen Modellierung und Simulation zu charakterisieren. 2. Labor Die Studierenden sind in der Lage - Methoden der molekularen Simulation als Computerprogramm zu implementieren, um thermodynamische Eigenschaften niedrigmolekularer Fluide zu berechnen. - den eigenständig implementierten Code zu testen und zu korrigieren - gruppendynamische Probleme bei der Programmierung, Simulation und Analyse der Simulationsergebnisse in Kleingruppen zu identifizieren und zu lösen. Voraussetzungen Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung in Computerlabor Molekulare Simulation ist die erfolgreiche Teilnahme an den Übungen. Dabei ist ein lauffähiges Simulationsprogramm zu erstellen und zur Lösung einfacher Aufgaben anzuwenden Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Thermodynamik I, Molekulare Thermodynamik, Programmiererfahrung mit C, C++, Fortran oder einer vergleichbaren Sprache Literatur Wird im Rahmen der Veranstaltung bekannt gegeben. Sonstige Informationen Die Übung ist in die Vorlesung integriert. Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Hans Hasse 29

30 Modul: Datenauswertung und Versuchsplanung Basisdaten Modulkennung MV-LTD-M187-M-7 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Datenauswertung und Versuchsplanung Titel (Englisch) Data evaluation and design of experiments Studiensemester Turnus SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt nein Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen deutsch SWS: 2V elektronischer Tafelanschrieb, Folien, interaktive Rechnerübung (Matlab) Mündliche Prüfung (20-35 min.) am Ende eines jeden Semesters möglich und Testate in Form von Gruppenübung Inhalt Englisch - Grundlagen der Statistik: o Hypothesentest o Varianzanalyse - Datenanalyse: o Korrelationsanalyse o Hauptkomponentenanalyse (PCA) - Datenbasierte Modellierung: o lineare Regression o Partial least squares o nicht-lineare Regression o Modellbewertung und diskriminierung - Versuchsplanung: o Faktorversuche o modellbasierte Versuchsplanung 30

31 - selbstständige Anwendung der Theorie in praxisnahen Rechnerübungen Kompetenzziele Kompetenzen: 1. Vorlesung / Übungen Fachkompetenz Methodenkompetenz Sozialkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: 1. Vorlesung Die Studierenden sind in der Lage, - grundlegende Methoden der Statistik, der Parameterschätzung und Versuchsplanung zu beschreiben - Parameter zu schätzen - Modelle mittels statistischer Methoden zu bewerten 2. Übung Fachkompetenz Methodenkompetenz Sozialkompetenz Die Studierenden sind in der Lage, - die in der Vorlesung behandelten Methoden in Kleingruppen selbständig anzuwenden - Parameter für verfahrenstechnische Modelle zu schätzen - die entwickelten Modelle mit statistischen Mitteln zu bewerten - statistische Versuchspläne zu erstellen und optimale Versuchsbedingungen zu identifizieren Voraussetzungen Testate als Prüfungsvorleistung Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Testate (Prüfungsvorleistung) sowie bestandene Modulabschlussprüfung Vorkenntnisse Höhere Mathematik Literatur - D. C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, Wiley - A. Rasmuson et al., Mathematical Modeling in Chemical Engineering, Cambridge University Press - Peter Goos, Bradley Jones; Optimal Design of Experiments: A Case Study Approach Sonstige Informationen Modulbeauftragte 31

32 Juniorprof. Dr.-Ing. Erik von Harbou 32

33 Modul: Einführung in die Boundary Element Methode Basisdaten Modulkennung MV-TM-145-M-7 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Einführung in die Boundary Element Methode Titel (Englisch) Introduction to the Boundary Element Method Studiensemester Turnus SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen SWS: 2V Medienformen Tafel, Beamer, PDF-Präsentationen, Skript Prüfungsformen Mündliche Prüfung (30-45 min.) am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch - Variationsprinzipien der Elastizitätstheorie - Singuläre und hypersinguläre Randintegralgleichungen der Elastizitätstheorie und Wärmeleitung - Kollokations- und Galerkin-Methode zur numerischen Lösung von Integralgleichungen - Lösung von elastoplastischen Kerb- und Rissproblemen mit BEM - Implementierung von BEM-Algorithmen - Kopplung von Finite-Element-Methode (FEM) und BEM Kompetenzziele 33

34 Fachkompetenz Methodenkompetenz Die Studierenden sind in der Lage - Darstellungsformeln herzuleiten und zu erklären - Fundamentallösungen zu berechnen - Randintegralgleichungen für Elastizitätsprobleme herzuleiten und zu erklären - Lösungsverfahren (Kollokations- und Galerkin-Verfahren) für Randintegralgleichungen zu beschreiben und zu vergleichen - die BEM auf Riss- und Kerbprobleme auszuarbeiten Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzungen: Grundvorlesungen der Technischen Mechanik, Kontinuumsmechanik Literatur - J.H. Kane: Boundary Element Analysis in Engineering Continuum Mechanics, Prentice Hall, New Jersey, H. Andrä: Einführung in moderne Galerkin-Randelementmethoden mit einer Anwendung aus dem Maschinenbau, Forschung im Ing.-Wesen 65, 1999, Sonstige Informationen Modulbeauftragte Dr. rer. nat. habil. Heiko Andrä 34

35 Modul: Elektrolytthermodynamik Veranstaltungen Elektrolytthermodynamik (Vorlesung) Basisdaten Modulkennung MV-TD-M172-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Elektrolytthermodynamik Titel (Englisch) Thermodynamics of electrolyte solutions Studiensemester Turnus WS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt nein Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen deutsch SWS: 2V Tablet/Overhead, Beiblätter, in den Übungen wird MATLAB eingesetzt Mündliche Prüfung (15-30 min.) am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch - Grundlagen der chemischen Thermodynamik - Elektrolyte, Dissoziation, ph-wert - Elektrolytlösungen: Chemische Potentiale und Aktivitäten - Aktivitätskoeffizientenmodelle für Elektrolytlösungen - Elektrochemisches Potential und Phasengleichgewicht - Elektrochemische Zellen - Anwendungen (Batterien, Brennstoffzellen, Elektrolyse) Kompetenzziele 35

36 Kompetenzen: 1. Vorlesung Fachkompetenz Methodenkompetenz 2. Übung Fachkompetenz Methodenkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: 1. Vorlesung Die Studierenden sind in der Lage, - die Thermodynamik von Elektrolytlösungen und die zugehörigen Modellansätze zu beschreiben - Thermodynamische Eigenschaften von Elektrolytlösungen selbstständig zu modellieren und dabei die angemessene Modelltiefe sinnvoll zu wählen 2. Übung: Die Studierenden sind in der Lage, - die in der Vorlesung behandelten Methoden selbstständig anzuwenden - Modelle von thermodynamichen Eigenschaften von Elektrolytlösungen zur Lösung von Problemen anzuwenden und die dazu nötigen Parameter zu ermitteln Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzungen: Thermodynamik der Mischungen Literatur - K. S. Pitzer: Activity Coefficients in Electrolyte Solutions, CRC Press, J. F. Zemaitis Jr.: Handbook of Aqueous Electrolyte Solutions, New York, Design Institute for Physical Property Data, G. Wedler: Lehrbuch der Physikalischen Chemie, 4. völlig überarbeitete und erweiterte Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, R. A. Robinson, R. H. Stokes: Electrolyte Solutions, 2nd rev. ed., Dover Publications, Mineola, NY, Sonstige Informationen Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Hans Hasse 36

37 Modul: Konstruktionsanalyse und Modellierung Veranstaltungen Konstruktionsanalyse und Modellierung Basisdaten Modulkennung MV-ASM-M192-M-7 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Konstruktionsanalyse und Modellierung Titel (Englisch) Structural Analysis and Modeling Studiensemester 6 Turnus WS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 5 Notengewicht Modul bestätigt nein Aufwände Kontaktzeit 56 Selbststudium 94 Gesamtaufwand 150 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen deutsch SWS: 2V, 2Ü Tafel, Beamer, Folien, Rechnerübungen Prüfungsformen Inhalt Englisch Die Vorgehensweise bei der Konstruktionsanalyse und Modellierung wird erläutert und an Praxisbeispiel demonstriert. Inhalte der Vorlesung sind des Weiteren: Unterschiede von Simulationsmethode, Ansätze der Materialbeschreibung, Nichtlinearitäten von Maschinenelementen, Kontaktbeschreibung, Reibungsphänomene, Verschleißmechanismen und Optimierungsverfahren. In der Übung werden die Inhalte vertieft und durch kleinere Simulationen in Matlab veranschaulicht. Tabellarischer Inhaltsübersicht Grundlagen der Konstruktionsanalyse und -modellierung Übersicht über Modellierungsverfahren Vorstellung verschiedener Materialmodelle Analyse von Nichtlinearitäten 37

38 Kontaktprobleme Reibungs- und Verschleißprobleme Matlabübungen zu den vorangestellten Themen Kompetenzziele Vorlesung: - Fachkompetenzen - Sozialkompetenzen Übung: - Methodenkompetenz - Selbstkompetenz Angestrebte Lernergebnisse, Lernziele: Nach erfolgreichem Abschluss dieser Vorlesung sind die Studierenden in der Lage die Reihenfolge der Modellierungsschritte benennen und Beispiele geben verschiedene Modellierungsmethoden unterscheiden, Vor- und Nachteile, sowie Anwendungsbeispiele aufzählen und die Methoden miteinander vergleichen die Unterschiede rheologischer Grundmodelle beschreiben, das Verhalten kombinierter Modelle herleiten und Beispiele für den Einsatz benennen Unterschiede zwischen linearen und nichtlinearen Modellen schwingungsfähiger Systeme am Beispiel des linearen und des Duffinger-Schwingers erklären und die mathematische Herangehensweise zur Beschreibung der beiden Systeme wiedergeben Einflüsse verschiedener Systemparameter auf die Schwingungen des linearen System erläutern verschiedene Kontaktmodelle wie auch ihre Anwendungsgrenzen benennen und Unterschiede, bzw. Gemeinsamkeiten erläutern Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Benötigt werden Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten aus den Modulen Konstruktionslehre oä und technische Mechanik. Literatur Schlottmann, D.; H. Schnegas: Auslegung von Konstruktionselementen. Springer 2002 Pahl, G.; W. Beitz: Konstruktionslehre. Springer 2003 Luck, K.; K.-H. Modler: Getriebetechnik Analyse, Synthese, Optimierung. Springer 1995 Arnell, R. D. u. a.: Tribology Principles and Design Applications. Macmillan Ed. LTD 1991 Sonstige Informationen Modulbeauftragte Juniorprof. Dr.-Ing. Kristin de Payrebrune 38

39 Modul: Kontaktmechanik Veranstaltungen Kontaktmechanik (Vorlesung) Basisdaten Modulkennung MV-TM-257-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Kontaktmechanik Titel (Englisch) Contact Mechanics Studiensemester Turnus WS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen SWS: 2V Medienformen Tafel, Beamer, PDF-Präsentationen, Hilfsblätter Prüfungsformen Mündliche Prüfung (30-45 min) am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch - Kinematische und statische Kontaktbedingungen - Hertzsche Pressung - Reibungsgesetze - Signorini-Problem für finite und infinitesimale Deformationen - Variationsungleichungen für Kontaktprobleme - FE-Diskretisierung - Lösung der diskreten Variationsungleichungen (Penalty-Verfahren, Methode der Lagrange- Multiplikatoren, Relaxationsverfahren mit Projektion) - Dynamische Kontaktprobleme mit Reibung 39

40 Kompetenzziele Fachkompetenz Methodenkompetenz Die Studierenden sind in der Lage - für mechanische Kontaktprobleme Kontaktbedingungen zu beschreiben - Variationsungleichungen für Kontaktprobleme zu erklären - Finite Elemente für die Diskretisierung auszuwählen - Lösungsverfahren für Kontaktprobleme zu beschreiben und auszuwählen - einfache Kontaktprobleme z.b. mit dem FE-System ABAQUS zu lösen - Lösungen von Kontaktproblemen zu bewerten Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzungen: Grundvorlesungen der technischen Mechanik Kontinuumsmechanik Finite Elemente Literatur - N. Kikuchi u. J.T. Oden: Contact Problems in Elasticity, SIAM Philadelphia P. Wriggers: Computational Contact Mechanics, J. Wiley, New York K. Willner: Kontinuums- u. Kontaktmechanik, Springer, Berlin T.A. Laursen: Computational Contact and Impact Mechanics, Springer, Berlin, 2003 Sonstige Informationen Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Ralf Müller Dr. rer. nat. habil. Heiko Andrä 40

41 Modul: Modellierung, Simulation und Optimierung in der Verfahrenstechnik Veranstaltungen Modellierung, Simulation und Optimierung in der Verfahrenstechnik (Vorlesung/Übung) Basisdaten Modulkennung MV-TD-298-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Modellierung, Simulation und Optimierung in der Verfahrenstechnik Titel (Englisch) Modeling, simulation and optimization in process engineering Studiensemester Turnus SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen SWS: 1V, 1Ü Tafelanschrieb, Demonstration der Methoden mit Hilfe interaktiver Rechnerbeispiele, Rechnerübungen Mündliche Prüfung (50-65 min.) am Ende eines jeden Semesters möglich. Testate in Form einer Gruppenübung Inhalt Englisch - Bilanzgleichungen - Algebraische Systeme - Differentialgleichungen - Simulation von ODEs - Fließbildsimulation 41

42 - Lineare und nichtlineare Optimierung - Gemischt-ganzzahlige Optimierung - Pareto-Optimierung Kompetenzziele Zu vermittelnde Kompetenzen: 1. Vorlesung - Fachkompetenz - Methodenkompetenz 2. Übung - Fachkompetenz - Methodenkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: 1. Vorlesung Die Studierenden sind in der Lage, - Modellierung, Simulation und Optimierung gegenüberzustellen - Grundprinzipien der Modellierung aufzuzählen - Simulationstechniken zu erklären - Optimierungsprobleme zu identifizieren und Optimierungsansätze zu erklären 2. Übung: Die Studierenden sind in der Lage, - Verfahrenstechnische Probleme mit Modellen zu beschreiben und diese in geeignete Software zu implementieren - problemspezifische Simulationstechniken zu implementieren - Optimierungsprobleme zu implementieren und zu lösen - selbstständig und in Teamarbeit Problemstellungen zu lösen - Ergebnisse in Kleingruppen vorzustellen und zu beraten Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzungen: Thermodynamik I, HM I-III Literatur Biegler et al: Systematic Methods of Chemical Process Design, Prentice Hall, 1997 Engeln-Müllges et al: Numerik-Algorithmen: Verfahren, Beispiele, Anwendungen, Springer Heidelberg, 2011 Ullmann s Modeling and Simulation, Wiley-VCH, Weinheim,

43 Sonstige Informationen Modulbeauftragte Juniorprof. Dr.-Ing. Erik von Harbou Dr. Michael Bortz 43

44 Modul: Nichtlineare Kontinuumsmechanik Basisdaten Modulkennung MV-TM-M142-M-7 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Nichtlineare Kontinuumsmechanik Titel (Englisch) Non-linear Continuum Mechanics Studiensemester Turnus SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt nein Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen deutsch SWS: 2V Tafel/Overhead, Beamer, Folien, Hilfsblätter mündliche Prüfung (30-45 min.) am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch - Grundlagen der Kinematik - Deformation, Zeitableitungen, Verzerrungen, Objektivität - Reynoldsches Transporttheorem - allgemeine Form von Bilanzgleichungen - Bilanz für Masse, Impuls, Drehimpuls, Energie und Entropie - Freie Helmhotz-Energie - Clausius-Duhem-Ungleichung - thermoelastischer Festkörper, isotrope Hyperelastizität, viskoses Fluid Kompetenzziele vermittelte Kompetenzen: - Fachkompetenz 44

45 - Methodenkpompetenz angestrebte Lernergebnisse: Die Studierenden sind in der Lage - Grundbegriffe kinematischen Beschreibung bei finiten Deformationen wiederzugeben - verschiedene Zeitableitungen und Verzerrungsmaße zu erklären - Optimierungsstrategien zu vergleichen und zu bewerten - unterschiedliche Formulierungen von Bilanzgleichungen aufzustellen und bewerten können - konstitutive Gleichungen von unterschiedlichen Materialien umzusetzen und anzuwenden Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Technischer Mechanik und Höherer Mathematik Literatur - W. Becker, D. Gross; Mechanik elastischer Körper und Strukturen; Springer Berlin; ISBN: R. Kienzler, R. Schröder; Einführung in die Höhere Festigkeitslehre; Springer Berlin; ISBN: L. E. Malvern; Introduction to the Mechanics of a Continuous Medium; Prentice Hall; ISBN: R. W. Ogden; Non-Linear Elastic Deformations; Dover Pubn Inc; ISBN-10: P. Haupt; Continuum Mechanics and Theory of Materials; Springer Berlin; ISBN: X - R. Greve; Kontinuumsmechanik: Ein Grundkurs für Ingenieure und Physiker; Springer; ISBN: Y. C. Fung, P. Tong; Classical and Computational Solid Mechanics; World Scientific Publishing Company; ISBN-10: G. A. Holzapfel; Nonlinear Solid Mechanics: A Continuum Approach for Engineering; Wiley; ISBN-10: Altenbach, H. Altenbach; Einführung in die Kontinuumsmechanik; Teubner Studeinbücher Mechanik; ISBN: A.J.M. Spencer; Continuum Mechanics; Dover New York; ISBN M.E. Gurtin; An Introduction to Continuum Mechanics; Academic Press San Diego; ISBN: I-S. Liu; Continuum Mechanics; Springer Berlin; ISBN: Sonstige Informationen Modulbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Ralf Müller 45

46 Modul: Numerische Strömungsmechanik mit Open Source Tools Veranstaltungen Numerische Strömungsmechanik mit Open Source Tools (Vorlesung anmeldepflichtig) Basisdaten Modulkennung MV-SAM-276-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Numerische Strömungsmechanik mit Open Source Tools Titel (Englisch) Numerical Fluid Mechanics with Open Source Tools Studiensemester Turnus WS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 5 Notengewicht Modul bestätigt nein Aufwände Kontaktzeit 56 Selbststudium 94 Gesamtaufwand 150 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen deutsch SWS: 4V Online-Beispiele, Powerpoint-Präsentationen mündliche (30 min.) Prüfung am Ende eines jeden Semesters möglich Inhalt Englisch - grundlegendes Wissen über CFD - einführendes Wissen über Aufbau und Umgang mit dem Softwarepaket OpenFOAM - mathematische und physikalische Modellierung von Beispielen zur numerischen Strömungsberechnung aus dem Bereich des Strömungsmaschinenbaus und der Verfahrenstechnik - Berechnung von verschiedenen Beispielen mit inkompressiblen und Newtonschen Fluiden - Auswahl verschiedener Turbulenzmodelle - Anwendbarkeit verschiedener Vereinfachungen wie z.b. Periodizitäten 46

47 Kompetenzziele zu vermittelnde Kompetenzen: - Fachkompetenz - Methodenkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: Die Studierende sind in der Lage das opensource Paket OpenFOAM selbständig zu nutzen, indem sie: - lernen ein vorgegebenes Problem zu analysieren und in einer Linux-Umgebung basierend auf vorgefertigten Lösungsbeispielen ein passendes Beispiel für die Lösung eines konkreten Problems auszuwählen - lernen das vorgegebene Problem hinsichtlich seiner mathematischen und physikalischen Modellbildung zu analysieren und zunächst in Teamarbeit eine Lösung für das Problem erstellen - lernen mögliche Modellierungsmaßnahmen zu Vereinfachung eines realen Problems zu bewerten, auszuwählen und umzusetzen - die verschiedenen grundlegenden Aspekte der CFD erklären können und mit deren Hilfe Lösungsvorschläge für ein gestellten Problem erarbeiten können - lernen, sich mit Teammitgliedern zu beraten und Lösungsvorschläge zu verteidigen, bzw. zu bewerten und ggf. improvisierte Lösungsmöglichkeiten basierend auf den gemeinsam durchgeführten Beispielen herzustellen Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzungen: Strömungsmechanik 1 bis 3, numerische Mathematik, Angebot richtet sich aber ausdrücklich an alle Studierende! Literatur Wird im Rahmen der Veranstaltung bekannt gegeben. Sonstige Informationen Modulbeauftragte Dr.-Ing. Thomas Reviol 47

48 Modul: Numerische Tribologie Veranstaltungen Numerische Tribologie (Vorlesung) Basisdaten Modulkennung MV-MEGT-M163-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Numerische Tribologie Titel (Englisch) Computational tribology Studiensemester Turnus WS+SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt nein Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache deutsch Lehrformen Medienformen Prüfungsformen mündliche (30 Min.) Prüfung am Ende jedes Semesters möglich Inhalt - Herleitung der Reynolds schen Differentialgleichung - Entdimensionierung der Reynolds'schen Differentialgleichung - Diskretisierungsmethoden (Finite Differenzen, Finite Volumen) - Lösungsalgorithmen (Gauss-Methode, Jacobi-Verfahren, Gauss-Seidel Verfahren) - Methode der progressiven Netzverfeinerung - Deformationsberechnung anhand der Halbraumtheorie - Gekoppelte elasto-hydrodynamische Simulation Englisch - Derivation of the Reynolds equation - Non-dimensionalization of the Reynolds equation - Discretisation methods (Finite difference, finite volume) - Numerical methods (Gaussian elimination, Jacobi method, Gauss-Seidel method) - Method of the progressive mesh densification - Calculation of the deformation in the half space - Coupled elastohydrodynamic calculation 48

49 Kompetenzziele Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Vorkenntnisse Die Lehrveranstaltung ergänzt die gesammelten Kenntnisse von "Tribologie im Maschinenbau I und II". Literatur - Stachowiak, G.W.; Batchelor, A.W.: Engineering tribology. Butterworth-Heinemann: Oxford, Waltham, Venner, C.H.; Lubrecht, A.A.: Multi-Level Methods in Lubrication. Elsevier: Amsterdam, Sonstige Informationen Modulbeauftragte Juniorprof. Dr.-Ing. Balázs Magyar 49

50 Modul: Optimierung in der Strömungsmechanik Basisdaten Modulkennung MV-SAM-M146-M-4 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Optimierung in der Strömungsmechanik Titel (Englisch) Optimization in Fluid Mechanics Studiensemester Turnus SS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt nein Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache deutsch Lehrformen SWS: 4 Medienformen Prüfungsformen mündliche Prüfung (30 Min.) am Ende des Semesters möglich Inhalt Englisch - Berechnungsmethoden in der Strömungsmechanik - Design of Experiments - Optimierungsalgorithmen - Parameteroptimierung - Topologieoptimierung - Mesh Morphing - Adjoint Methods - Response Surface Methods - Optimierungsstrategien 50

51 - Automatisierte Geometrie-, Gittererstellung und Strömungsberechnung - Entscheidungsunterstützung - Bewertung von Optimierungsergebnissen Kompetenzziele - Fachkompetenz - Methodenkompetenz Die Studierenden sind in der Lage: - Berechnungsmethoden der Strömungsmechanik zu erläutern - Problemspezifische Optimierungsalgorithmen auszuwählen - Verschiedene Optimierungsmethoden anzuwenden - Optimierungsrechnungen für strömungsmechanische Problemstellungen durchzuführen - Optimierungsergebnisse zu analysieren und zu bewerten Voraussetzungen keine Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten erfolgreiche Bearbeitung des Projekts sowie entsprechende Präsentation der Ergebnisse. Vorkenntnisse keine Literatur Wird im Rahmen der Veranstaltung bekannt gegeben. Sonstige Informationen Modulbeauftragte Dr.-Ing. Harald Roclawski 51

52 Modul: Polymerthermodynamik Veranstaltungen Polymerthermodynamik (Vorlesung) Basisdaten Modulkennung MV-LTD-M145-M-5 Prüfungsnummer Prüfungsnummer des Prüfungsamtes Titel () Polymerthermodynamik Titel (Englisch) Studiensemester 3 Turnus WS Dauer 1 Leistungspunkte (ECTS) 3 Notengewicht Modul bestätigt ja Aufwände Kontaktzeit 28 Selbststudium 62 Gesamtaufwand 90 Modalitäten Sprache Lehrformen Medienformen Prüfungsformen SWS: 1V, 1Ü Vorlesung mit Folien ergänzt durch gemeinsames Erarbeiten von Inhalten als Tafelanschrieb und in integrierten Übungen in Kleingruppen, sowie durch Beiblätter. mündliche Prüfung (30 Min.) Inhalt Englisch Einführung in die Thermodynamik der Polymere unter anwendungstechnischen Aspekten Einführung in die Herstellung und das Vorkommen von Polymeren in Natur und Technik Unterscheidung zu Stoffsystemen ohne Polymere Experimentelle Bestimmung von Stoffeigenschaften (z.b. Molmassenverteilung) und Stoffdaten (z.b. Phasenverhalten von Polymerlösungen) Modellierung von Polymeren in der Thermodynamik: Flory-Huggins Theorie und ihre Erweiterungen Umgang mit Polydispersität in Experiment und Theorie 52

53 Kompetenzziele Kompetenzen: 1. Vorlesung Fachkompetenz Methodenkompetenz 2. Übung Fachkompetenz Methodenkompetenz Sozialkompetenz Angestrebte Lernergebnisse: Die Studierenden sind in der Lage experimentelle und theoretische Methoden zur Bestimmung und Beschreibung der Thermodynamik von Polymeren wiederzugeben. Dabei können sie erklären, auf welcher Basis die Methoden funktionieren und welche Limitierungen die einzelnen Methoden haben. die geeignete experimentelle oder theoretische Methode für ein konkretes Problem der Polymerthermodynamik auswählen. Sie sind weiterhin in der Lage einzelne der theoretischen Methoden zum Problem passend zu vereinfachen, in Matlab zu implementieren und damit Phasengleichgewichte von Polymeren zu berechnen. Die Studierenden sind in der Lage die Ergebnisse vor dem Hintergrund der vorgenommenen Vereinfachungen zu bewerten. Voraussetzungen Thermodynamik der Mischungen Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bestandene Modulprüfung Vorkenntnisse Empfohlene Voraussetzung: Interesse an Algorithmen und Programmieren Literatur S. Tapavicza, J.M. Prausnitz, Chemie Ingenieur Technik 47 (2005) J.M. Prausnitz, R.N. Lichtenthaler, E.G. de Azevedo, Molecular thermodynamics of fluid-phase equilibria, 53