325.099 Finite Elemente für gekoppelte Feldprobleme II
Diese Lehrveranstaltung ist in allen zugeordneten Curricula Teil der STEOP.
Diese Lehrveranstaltung ist in mindestens einem zugeordneten Curriculum Teil der STEOP.

2021S, VO, 2.0h, 3.0EC
TUWEL

Merkmale

  • Semesterwochenstunden: 2.0
  • ECTS: 3.0
  • Typ: VO Vorlesung
  • Format der Abhaltung: Distance Learning

Lernergebnisse

Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage:

  • die physikalischen Grundlagen mechanischer, elektromagnetischer, strömungsmechanischer, thermischer und akustischer Feldern sowie deren Kopplungen zu erklären;
  • die für die Herleitung der beschreibenden partiellen Differentialgleichungen (pDGL) nötigen Modellierungsannahmen wiederzugeben;
  • die Methode der Finiten Elemente mathematisch zu formulieren, und deren Implementierung skizzieren;
  • fortgeschrittenen Themen der FEM zu beschreiben und weiterführende Literatur zu verwenden.
  • forschungsrelevante Themen zu identifizieren und zu erarbeiten.

Inhalt der Lehrveranstaltung

Generell sind die Größen, welche die physikalischen Effekte in mechatronischen Systemen beschreiben, eine Funktion von Ort und Zeit und die Beschreibung führt zu einem System von partiellen Differentialgleichungen (z.B. Elektromagnetik-Mechanik-Akustik). Diese können im Allgemeinen nicht analytisch gelöst werden und erfordern die Anwendung von numerischen Verfahren, wie der Finite-Elemente (FE) Methode. Der wesentliche Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass das mechatronische System sowohl von den physikalischen Effekten als auch der Geometrie sehr präzise beschrieben wird und die Computersimulationen orts- und zeitaufgelöst durchgeführt werden.

Im Detail werden sowohl die mathematischen / physikalischen  Zusammenhänge als auch deren Finite-Elemente-Formulierung von folgenden Feldproblemen besprochen:

Akustik

  • Viskose und thermische Effekte in oszillierenden Strömungen
  • Störansätze zur Herleitung von Linearisierungen
  • Finite Elemente Formulierung für die Schallabstrahlung
  • Approximation der Freifeldabstrahlung mittels absorbierender Randbedingungen sowie der Perfectly-Matched-Layer (PML) Technik
  • Nichtkonforme Finite Elemente

Elektromagnetik-Mechanik

  • Maxwell - Gleichungen
  • Vektorpotenzialformulierung in der Magnteodynamik
  • Nichtlineare Finite Elemente Formulierung (Newton) mit Kantenelementen
  • Koppelterme (Elektromagnetische Kräfte, Bewegungungsinduktion)
  • Finite Elemente Formulierung für das gekoppelte Feldproblem mit sich bewegenden / deformierbaren elektrisch leitfähigen Körpern

Elektromagnetik-Thermik

  • Multi-harmonischer Ansatz zur Lösung der nichtlinearen elektromagnetischen partiellen Differentialgleichung im Frequenzbereich
  • Finite Elemente höherer Ordnung für die präzise Auflösung von Wirbelströmen in elektrisch leitfähigen Körpern
  • Koppelterme (Joulsche Verlustleistung aufgrund von Leitungströmen und Wirbelströmen, Temperaturabhängigkeit der Materialparameter)
  • Finite Elemente Formulierung für das gekoppelte Feldproblem 

Methoden

Das in den Vorlesungen (Aufzeichnungen) vermittelte Wissen wird durch interaktive Diskussion der wichtigsten Inhalte gefestigt. Es wirh hoher Wert auf das physikalische Verständnis gelegt. Die gleichnahmige Übung vermittelt Kentnisse für die praktische Anwendung.

Prüfungsmodus

Schriftlich und Mündlich

Vortragende Personen

Institut

LVA Termine

TagZeitDatumOrtBeschreibung
Do.15:00 - 16:0004.03.2021 - 24.06.2021 zoom - siehe TUWEL Kurs (LIVE)Vorlesung / Diskussion
Finite Elemente für gekoppelte Feldprobleme II - Einzeltermine
TagDatumZeitOrtBeschreibung
Do.04.03.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.11.03.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.18.03.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.25.03.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.15.04.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.22.04.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.29.04.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.06.05.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.20.05.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.27.05.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.10.06.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.17.06.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion
Do.24.06.202115:00 - 16:00 zoom - siehe TUWEL KursVorlesung / Diskussion

Leistungsnachweis

Ausarbeitung von Fragen / Aufgaben und mündliche Prüfung

LVA-Anmeldung

Von Bis Abmeldung bis
01.03.2021 00:00 31.07.2021 23:55 31.07.2021 23:00

Anmeldemodalitäten

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Curricula

StudienkennzahlSemesterAnm.Bed.Info
066 445 Maschinenbau STEOP
Lehrveranstaltung erfordert die Erfüllung der Studieneingangs- und Orientierungsphase STEOP
066 445 Maschinenbau STEOP
Lehrveranstaltung erfordert die Erfüllung der Studieneingangs- und Orientierungsphase STEOP
066 482 Wirtschaftsingenieurwesen - Maschinenbau STEOP
Lehrveranstaltung erfordert die Erfüllung der Studieneingangs- und Orientierungsphase STEOP
066 482 Wirtschaftsingenieurwesen - Maschinenbau STEOP
Lehrveranstaltung erfordert die Erfüllung der Studieneingangs- und Orientierungsphase STEOP
066 646 Computational Science and Engineering
066 646 Computational Science and Engineering

Literatur

M. Kaltenbacher. Numerical Simulation of Mechatronic Sensors and Actuators. Finite Elements for Computational Multiphysics. Springer-Verlag, Heidelberg, 2015, ISBN: 978-3-642-40169-5

Vorkenntnisse

Die Lehrveranstaltung Finite Elemente für gekoppelte Feldprobleme I (325.095, VU) wird empfolen.

Vorausgehende Lehrveranstaltungen

Begleitende Lehrveranstaltungen

Sprache

Englisch