Modulhandbuch

Strukturberechnung

Empf. Vorkenntnisse

Technische Mechanik I und II

Grundlagen der Mathematik I und II

Grundlagen Werkstoffe I und II

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele

Für Wärmetransport, Betriebsfestigkeit und Finite-Elemente-Methode werden die im Grundstudium erlernten Grundlagen der Technischen Mechanik und der Wärmelehre auf konkrete Fragestellungen angewandt. Die Studierenden sollen hier vertiefte Kenntnisse in der Anwendung erlangen. Wichtig ist dabei auch das Kennenlernen des Vorgehens bei Finite-Elemente-Berechnungen in der Strukturmechanik.

Die Studierenden werden in die Lage versetzt, selbstständig technische Fragestellungen des Wärmetransports und der Betriebsfestigkeit wirklichkeitsnah zu bearbeiten und sinnvolle Lösungsmöglichkeiten zu finden. Sie können sich in die Benutzung von modernen FE-Programmen einarbeiten und lineare Berechnungen durchführen, sowie vorliegende, einfache Finite-Elemente-Rechenresultate interpretieren und kritisch beurteilen.

Dauer 1 Semester
SWS 6.0
Aufwand
  • Lehrveranstaltung:90 h
  • Selbststudium/
    Gruppenarbeit:90 h

  • Workload:180 h
Leistungspunkte und Noten

Grundlagen FEM und Betriebsfestigkeit: Klausurarbeit, 90 Min., und Laborarbeit

Wärmetransport: Klausurarbeit, 60 Min.

ECTS 6.0
Modulverantw.

Prof. Dr.-Ing. Michael Volz

Max. Teilnehmer 0
Empf. Semester 4
Häufigkeit jedes 2. Semester
Verwendbarkeit

Bachelor ME - Hauptstudium

Veranstaltungen Wärmetransport
Art Vorlesung
Nr. M+V709
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Thermodynamische Grundbegriffe
  • Thermodynamische Systeme
  • Der Erste Hauptsatz  der Thermodynamik für geschlossene und offene Systeme
  • Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik
  • Das Ideale Gas - Einfache Zustandsänderungen des idealen Gas
  • Grundbegriffe der Wärmeübertragung - Wärme-Transportmechanismen
  • Stationäre Wärmeleitung
  • Grundlagen der Thermofluiddynamik
  • Freie und erzwungene Konvektion 
  • Wärmestrahlung
  • Anwendungen - Wärmeübertrager - Rippen und Nadeln

 

 

Literatur

Doering, E., Schedwill, H. & Dehli, M., 2012. Grundlagen der Technischen Thermodynamik, Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag.
http://link.springer.com/10.1007/978-3-8348-8615-6

Polifke, W. & Kopitz, J., 2009. Wärmeübertragung: Grundlagen, analytische und numerische Methoden, München: Pearson, Deutschland.

Baehr, H.D. & Kabelac, S., 2012. Thermodynamik, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. http://link.springer.com/10.1007/b138786

Baehr, H.D. & Stephan, K., 2006. Wärme- und Stoffübertragung, 5. ed., Berlin: Springer Berlin Heidelberg. http://link.springer.com/10.1007/3-540-32510-7

Cerbe, G. & Wilhelms, G., 2013. Technische Thermodynamik, München: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG.
http://www.hanser-elibrary.com/doi/book/10.3139/9783446437500

Grundlagen FEM
Art Vorlesung/Labor
Nr. M+V704
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Theoretische Grundlagen der FEM (Prinzip der virtuellen Verschiebungen, FEM am Dehnstab, einfache Stabsysteme rechnen) ca. 50 %
  • Rechenbeispiele im Labor (ca. 50 %). Es sind etwa 5 Übungsaufgaben nacheinander im Wochenrhythmus zu bearbeiten. Die Bearbeitung erfolgt in Zweier- oder Dreiergruppen. Zur Unterstützung der Bearbeitung werden Lösungshinweise und Begleitmaterialien ausgegeben. Über jede Aufgabe ist kurzfristig ein Bericht anzufertigen, der die Grundlage für die Bewertung darstellt. Die einzelnen Aufgaben werden ständig verändert und behandeln beispielsweise
    - Biegebalken unter statischer Beanspruchung
    - Kerbspannungen, z. B. Lochstab unter statischer Beanspruchung
    - Lochstab unter Ermüdungsbeanspruchung
    - Temperaturverteilungen (und dadurch induzierte Spannungen)
    - Bruchmechanische Fragestellungen (z. B. Zugstab/Scheibe mit Innenriss)
Literatur
  • Finite Elemente - Eine Einführung für Ingenieure, Klaus Knothe, Heribert Wessels (Springer-Verlag, 5. Auflage, 2017, auch als eBook erhältlich)
  • Westermann T. Modellbildung und Simulation: Mit einer Einführung in ANSYS. Berlin: Springer, 2010
  • FEM für Praktiker, Bd.1: Grundlagen, Günter Müller, Clemens Groth (Expert-Verlag, 2000)
  • FEM für Praktiker, Bd.2: Strukturmechanik, Ulrich Stelzmann, Clemens Groth, Günter Müller (Expert-Verlag, 2000)
  • Finite Elemente für Ingenieure 1 und 2, Betten, (Springer, 2000)

 

Betriebsfestigkeit
Art Vorlesung
Nr. M+V972
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Experimentelle Grundlagen der Betriebsfestigkeit, Einstufenbeanspruchung, Wöhlerkurve
  • Rechnerische Bestimmung der Betriebsfestigkeit mit der Wöhlerlinie
  • Einflüsse auf die Wöhlerlinie, Mehrstufenbeanspruchung, Lastkollektive
  • Schädigungsansätze
  • Betriebsfestigkeitskonzepte (Nennspannungs-, Strukturspannungs- und Kerbspannungskonzept)
  • Berechnung der Betriebsfestigkeit realer Bauteile und Belastungen nach verschiedenen Regelwerken (EC3-1-9, FKM)
Literatur
  • Betriebsfestigkeit, E. Haibach (Springer-Verlag, 2006)
  • FKM-Richtlinie Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile aus Stahl, Eisenguss- und Aluminiumwerkstoffen, 5., erweiterte Ausgabe, (VDMA-Verlag, 2003)

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