Höhere Mechanik

11M0545

Master

Deutsch

5.0

Winter- und Sommersemester

1 Semester

Moderne mechanische Konstruktionen werden aus Gründen der Kosten- und Materialersparnis, der Gewichts- oder Wirkungsgradoptimierung (Leichtbau z.B. in der Fahrzeugentwicklung und in der Landtechnik) bis an die Grenzen der mechanischen Belastbarkeit beansprucht. Berechnungstools wie Software zur Finite-Elemente-Analyse, Betriebsfestigkeitsanalyse, Mehrkörpersimulation, Modalanalyse werden zur Bauteilauslegung nicht nur von Spezialisten, sondern in zunehmendem Maße auch von Konstrukteuren und Entwicklern eingesetzt. Für einen verantwortungsvollen Umgang mit diesen Berechnungswerkzeugen ist ein Verständnis der theoretischen Hintergründe insbesondere in Bezug auf räumliche Verzerrungs- und Spannungszustände, Vergleichsspannungen sowie in Bezug auf die Schwingungsauslegung notwendig. Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls „Höhere Mechanik“ kennen die Studierenden aufbauend auf den Mechanik-Modulen der Bachelor-Studiengänge die Grundlagen der räumlichen Elastostatik und Elastizitätstheorie sowie der Schwingungsanalyse und -auslegung und können sie auf praktische Probleme anwenden.

1. Festigkeitslehre

   1.1 Einleitung

   1.2 Einschub:Tensorrechnung

   1.3 Spannungszustand

   1.4 Deformation und Verzerrung

   1.5 Elastizitätsgesetz

   1.6 Variations-und Energieprinzipien

   1.7 Anwendungsbeispiele

2. Schwingungsanalyse

   2.1 Schwingungsoptimierte Auslegung von Bauteilen mittels FEM

   2.2 Experimentelle Schwingungsanalyse mittels Übertragungsfunktionen

   2.3 Experimentelle Modalanalyse

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

Die Theorie zur Festigkeitslehre wird in Vorlesungen und durch Selbststudium erarbeitet, die Schwingungslehre in Selbststudium und  durch Praktikumsversuche.

• Klausur

• experimentelle Arbeit

Benotete Prüfungsleistung:

• Klausur: siehe jeweils gültige Studienordnung

Unbenotete Prüfungsleistung:

• Experimentelle Arbeit:  3 Versuche

Grundkenntnisse der technischen Mechanik (Statik, Zug-Druckbeanspruchung, Biegung und Torsion gerader Balken, Knickung,  freie und erregte Schwingungen, Grundkenntnisse der Regelungstchnik wie Übertragungsfunktionen, grundlegende Mathematikkenntnisse (Vektor- und Matrizenrechnung Differential- und Integralrechnung, lineare Differentialgleichungen)

Moderne mechanische Konstruktionen werden in zunehmendem Maße bis an die Grenzen der mechanischen Belastbarkeit beansprucht. Die „Höhere Mechanik“ beinhaltet die Grundlagen für detaillierte, genaue Festigkeitsberechnungen komplexer Bauteile und für die Beschreibung von Bewegungen dynamischer Systeme sowie den Wechselwirkungen zwischen angreifenden Kräften und Momenten und den daraus resultierenden Bewegungen. Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls „Höhere Mechanik“ kennen die Studierenden aufbauend auf die Mechanik-Module der Bachelor-Studiengänge die Grundlagen der Elastostatik und Elastizitätstheorie sowie der Kinematik und Kinetik räumlicher Bewegungen.

Aufbauend auf die Vorlesungen der Mechanik im Bachelorstudium verfügen die Studierenden nach Abschluss des Moduls über ein vertieftes theoretisches Hintergrundwissen, einfache räumliche mechanische Systeme zu berechnen und um aktuelle Tools der FEM, Betriebsfestigkeitsanalyse und Mehrkörpersimulation zu verstehen, sinnvoll anzuwenden und ggf. auch weiterzuentwickeln. Sie können das Schwingungsverhalten von Bauteilen und analysieren und Problemlösungen erarbeiten.

Die Studierenden können beliebige räumliche Spannungs- und Verformungszustände beschreiben, berechnen und beurteilen und komplexe Berechnungsergebnisse moderner Software verantwortungsvoll und fachlich qualifiziert interpretieren. Sie sind in der Lage, Schwingungsuntersuchungen auch an komplexen Strukturen durchzuführen.

Nach Abschluss des Moduls können die Studierenden Ergebnisse von ausgewählten Analysen und Berechnungen aufbereiten, in Gruppen darstellen und diskutieren sowie in Teams Laborversuche durchführen, protokollieren und auswerten.

• Schmidt, Reinhard

• Bahlmann, Norbert
• Schmidt, Reinhard