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.

2019S, VO, 2.0h, 3.0EC

Merkmale

  • Semesterwochenstunden: 2.0
  • ECTS: 3.0
  • Typ: VO Vorlesung

Ziele der Lehrveranstaltung

Die Lehrveranstaltung vermittelt vertiefende Kenntnisse im Bereich der physikalischen Modellierung und numerischen Simulation mittels der Finiten Elemente Methode (FEM) für gekoppelte Feldprobleme, wie sie typischerweise bei der Entwicklung von mechatronischen Systemen (elektromagnetische Schienenbremse, Wirbelstrombremse, Strömungsakustik von Klimaanlagen, elektromagnetische Induktionssysteme für Stahlbanderwärmung in Produktionssystemen, etc.) vorkommen. Nach erfolgreicher Absolvierung dieser Lehrveranstaltung sind die Studierenden in der Lage

  • physikalische / mathematisch Modelle von reale Problemstellungen im Bereich der Strömungsakustik, Elektromagnetik-Mechanik und Elektromagnetik-Thermik zu erstellen.
  • Finite Elemente Simulation für Problemstellungen im Bereich der Strömungsakustik, Elektromagnetik-Mechanik und Elektromagnetik-Thermik erfolgreich durchzuführen.
  • die Simulationsergebnisse physikalisch richtig zu interpretieren, um bei der Verbesserung bestehender und der Entwicklung neuer mechatronischer Systeme die richtigen  Schritte zu setzen.

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:

Strömungsakustik

  • Schallerzeugung durch turbulente Strömungen nach der Lighthill Analogie
  • Approximation der Lighthill Analogie für niedrige Machzahlen
  • 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 

Vortragende

Institut

LVA Termine

TagZeitDatumOrtBeschreibung
Do.08:30 - 10:0007.03.2019 - 27.06.2019Seminarraum BA 05 Vorlesung
Finite Elemente für gekoppelte Feldprobleme II - Einzeltermine
TagDatumZeitOrtBeschreibung
Do.07.03.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.14.03.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.21.03.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.28.03.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.04.04.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.11.04.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.02.05.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.09.05.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.16.05.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.23.05.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.06.06.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.13.06.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung
Do.27.06.201908:30 - 10:00Seminarraum BA 05 Vorlesung

LVA-Anmeldung

Nicht erforderlich

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
066 445 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
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066 482 Wirtschaftsingenieurwesen - Maschinenbau STEOP
Lehrveranstaltung erfordert die Erfüllung der Studieneingangs- und Orientierungsphase STEOP

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.

Sprache

Englisch