MEC-04-002

Siehe Studienverlaufsplan

Pflicht

Professur Mechatronik

Deutsch / Englisch

Mind. 1 x jährlich

1 Semester

150 Std.

Präsenz: 32 Std. | Selbststudium: ca. 62 Std. | Transfer: ca. 56 Std.

5 CP

Klausur (60 min.) oder Mündliche Prüfung oder Case oder Transferarbeit (6-8 Seiten)

Seminar (Präsenzlehre), ergänzend Selbststudium und Transfer, ggf. E-Learning, Pre- und Post-Reading.

• Grundlagen numerischer Methoden:

  • Mathematische Formulierung von Randwert- und Anfangswertproblemen

  • Numerische Lösungsmethoden und Fehlerschätzung

• Finite-Elemente-Methode (FEM):

  • Einführung in die FEM für ebene und räumliche Probleme

  • Erweiterte FEM-Konzepte: Nichtlinearitäten, dynamische Simulation

• Systemdynamik mechanischer Systeme:

  • Differenzialgleichungen zur Modellierung mechanischer Systeme

  • Systemkennfunktionen im Zeit- und Frequenzbereich

  • Z-Transformation – diskrete Differenzengleichungen bezüglich der Zeit

  • Übertragungsfunktionen – Eigenwerte, Eigenvektoren – Basis experimenteller Modalanalyse

• Numerische Simulationen:

  • Anwendung moderner Simulationswerkzeuge

  • Interpretation und Validierung von Simulationsergebnissen

• Fundamentals of Numerical Methods:

  • Mathematical formulation of boundary value and initial value problems

  • Numerical solution methods and error estimation

• Finite Element Method (FEM):

  • Introduction to FEM for planar and spatial problems

  • Advanced FEM concepts: Nonlinearities, dynamic simulation

• System Dynamics of Mechanical Systems:

  • Differential equations for modeling mechanical systems

  • System characteristic functions in time and frequency domains

  • Z-transformation – discrete difference equations with respect to time

  • Transfer functions – eigenvalues, eigenvectors – basis of experimental modal analysis

• Numerical Simulations:

  • Application of modern simulation tools

  • Interpretation and validation of simulation results

Grundlegende Kenntnisse in den Gebieten: Statik, Festigkeitslehre, Kinematik / Basic knowledge in the fields of: Statics, Strength of Materials, Kinematics
Detaillierte Kenntnisse in den Gebieten: Mathematik / Detailed knowledge in the field of: Mathematics

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage:

• Die wesentlichen Entwicklungstrends numerischer Methoden zu kennen, zu analysieren und ihre Bedeutung für verschiedene Anwendungsbereiche zu bewerten.

• Nutzwertkriterien numerischer Methoden zu erklären und fundierte Entscheidungen zur Auswahl geeigneter Verfahren zu treffen.

• Numerische Methoden gezielt anzuwenden, um ingenieurwissenschaftliche Problemstellungen zu lösen.

• Mechanische Systeme eigenständig zu planen und anwendungsorientierte Entwicklungen durchzuführen, unter Berücksichtigung relevanter Randbedingungen und Anforderungen.

• Geeignete Tools für die Simulation und Analyse mechanischer Systeme auszuwählen und effizient zu nutzen.

• Unternehmerische Denkweisen und Methoden anzuwenden, um den wirtschaftlichen Nutzen mechanischer Systeme zu beurteilen und innovative Lösungsansätze zu entwickeln.

• Erworbenes Wissen auf neue Unternehmensbereiche zu übertragen und durch die obligatorischen Transferprojekte des Studiums praxisnah anzuwenden.

• Interdisziplinäre Entwicklungsprojekte im Bereich mechanischer Systeme zu koordinieren und effektive Lösungen im Team zu erarbeiten.

After successfully completing the module, students will be able to:

• Identify and analyze key development trends in numerical methods and evaluate their significance for various application areas.

• Explain utility criteria of numerical methods and make well-founded decisions in selecting appropriate procedures.

• Apply numerical methods purposefully to solve engineering problems.

• Independently design mechanical systems and carry out application-oriented developments while considering relevant boundary conditions and requirements.

• Select and efficiently utilize appropriate tools for the simulation and analysis of mechanical systems.

• Apply entrepreneurial thinking and methods to assess the economic benefits of mechanical systems and develop innovative solutions.

• Transfer acquired knowledge to new business areas and apply it practically through the mandatory transfer projects of the study program.

• Coordinate interdisciplinary development projects in the field of mechanical systems and develop effective solutions as part of a team.

Verwendbar im Masterstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen

Zum Selbststudium empfiehlt sich den Studierenden folgende Literatur:

• Bathe, K.-J. (2001): Finite Element Procedures; Prentice Hall

• Braun, A. (2020): Optimale und adaptive Regelung technischer Systeme: Mathematische Grundlagen, praktisch relevante Beispiele und numerische Simulationen mit MATLAB®; Springer Vieweg

• Hauser, H. (2004): Gewöhnliche Differentialgleichungen; Springer

• Hibbeler, R. C. (2018): Technische Mechanik 1; Pearson

• Meirovitch, L. (2001): Fundamentals of Vibrations; McGraw-Hill

• Preumont, A. (2002): Vibration Control of Active Structures; Springer

• Steibler, P. (2021): Lebensdauerberechnungen mit FEM: von der Last zur Betriebsfestigkeit; Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH

• Wagner, M. (2017): Lineare und nichtlineare FEM; Springer Fachmedien Wiesbaden

Keine