Ein Gefühl für die Materie ...
Ein intuitives Verständnis von Materialeigenschaften, Kräften und Bewegungen ...
Statische Bestimmtheit ...
Auflagereaktionen und Schnittgrößen ...
Diese sind unter anderem Grundlagen der Baukonstruktion.
Die Lehrveranstaltungen des ISM machen diese begreifbar.
Im Folgenden bekommen Sie eine Übersicht über die angebotenen Lehrveranstaltungen für die Bachelorstudiengänge. Weitere Angaben zu den einzelnen Modulen finden Sie im Vorlesungsverzeichnis des laufenden Semesters im Serviceportal BISON.
Im Folgenden bekommen Sie eine Übersicht über die angebotenen Lehrveranstaltungen für die Masterstudiengänge. Weitere Angaben zu den einzelnen Modulen finden Sie im Vorlesungsverzeichnis des laufenden Semesters im Serviceportal BISON.
Dynamik der Bauwerke
Baudynamik (WiSe)
Beschreibung:
* Einfache Schwingungsvorgänge, freie Schwingungen von EFHG-Systemen
* Erzwungene Schwingungen von EFHG-Systemen: harmonische Anregung, Impulsanregung, periodische Anregung, Frequenzgangfunktion, Impulsreaktionsfunktion, dynamische Vergrößerungsfunktion
* Methoden zur Berechnung der dynamischen Antwort im Zeitbereich: Duhamelintegral, Methode der zentralen Differenzen, Newmark
* Methoden- Freie und erzwungene Schwingungen von MFHG-Systemen, Modalanalyse, modale Superposition- Kontinuierliche Systeme
* Anwendungen: Maschineninduzierte Schwingungen, Windinduzierte Schwingungen, Erdbebenanregung, Personeninduzierte Schwingungen
Modul-Seite >
Structural Dynamics (WiSe, EN)
Description:
* SDOF systems:
-free vibrations, harmonic, impulse and general excitation for undamped and damped systems,
-Impulse response function, frequency response function, base excitation,
-Time step analysis: Duhamel integral, central difference and Newmark methods;
* MDOF systems: modal analysis, modal superposition, modal damping, Rayleigh damping, Frequency response functions
* Continuous systems
Modul-Seite >
Applied Structural Dynamics (WiSe, EN)
Description:
* Machinery induced vibrations
* Earthquake excitation
* Wind induced vibrations
* Human induced vibrations
FEM und Simulationsverfahren
Nichtlineare FEM (WiSe)
Beschreibung:
* Einführung in die nicht-lineare Kontinuumsmechanik
* Geometrische Nichtlinearitäten
* Material Nichtlinearitäten
* Konsistente Linearisierung für Problemstellungen in der nicht-linearen Elastostatik
* FE-Formulierungen für geometrisch nicht-lineare Probleme und deren Lösung (Newton-Raphson, Line-Search, Arc- length)
* Detektierung von Bifurkationspunkten
* Kontaktformulierungen
Finite Element Methods (WiSe, EN)
Description:
* Strong and weak form of equilibrium equations in structural mechanics
* Ritz and Galerkin principles, shape functions for 1D, 2D, 3D elements, stiffness matrix, numerical integration
* Characteristics of stiffness matrices, solution methods for linear equation systems, post-processing and error estimates, defects of displacement-based formulation
* Mixed finite element approaches
Modelle im Entwicklungsprozess (WiSe)
Beschreibung:
Modelle sind zur Entwicklung komplexer technischer Systeme unerlässlich. Sie ersetzen keineswegs den Menschen, sondern unterstützen ihn im Entwicklungsprozess. Modelle bilden die Eigenschaften und die komplexen Zusammenhänge innerhalb dieser technischen Systeme ab. Dadurch werden komplexe Systeme beherrschbar und der Mensch gewinnt Freiraum zur kreativen Gestaltung.
In der Vorlesung wird ein Überblick zu Modellen in technischen Systemen gegeben. Gezeigt werden der Aufbau und Einsatz dieser Modelle. Dabei werden Modelle aus den unterschiedlichen Phasen des Entwicklungsprozesses betrachtet. Es werden die Werkzeuge (Software) zur Modellierung gezeigt und Demonstrationen mit dem FEM-Programm Abaqus CAE© und dem CAD-Programm CATIA V5© durchgeführt. (Nach Absprache können auch Selbstrechenübungen durchgeführt werden.)
Die Vorlesung ist in einzelne Module gegliedert, welche auch unabhängig voneinander besucht werden können. Werden alle Module besucht, kann eine Prüfung abgelegt und damit 3 Leistungspunkte erworben werden. Ein teilweiser Besuch der Module und anteiliger Erwerb von Leistungspunkten ist nicht möglich. Das Prüfungsformat ist wird noch festgelegt.
Numerische Simulationsverfahren (WiSe)
Stochastik, Optimierung und Systemidentifizierung
Stochastics for risk assessment / Mathematics for risk management (WiSe, EN)
Description:
* Introduction to probability theory with focus on situations characterised by low probabilities.
* Random events, discrete and continuous random variables and associated distributions.
* Descriptive statistics, parameter estimation. Risk Assessment by means of FORM and Monte Carlo Simulations.
* Introduction to reliability theory
* Extreme value distributions
* stochastic modelling with software tools e.g. MATLAB, Octave, Excel, R.
* Reliability Analysis of Systems
* Catastrophic events + risk problems and Applications
Introduction to Optimization (SoSe, EN)
Optimization in Applications (SoSe, EN)
Stochastic Simulation Techniques and Structural Reliability (SoSe, EN)
Signal Processing, Design of Experiments and System Identification (SoSe, EN)
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Entwicklung eines Versuchsaufbaus zur Bestimmung dynamischer Eigenschaften von Dämpfungs-Zuschlag für Beton (M.Sc.)
Fachrichtung: Baudynamik
Schlagwörter: Schwingungsdämpfer, Den Hartog, Ausschwingversuch
Im Rahmen des laufenden Forschungsprojekts „Intelligenter Beton 2.0“ werden spezielle Dämpfungszuschläge für Beton entwickelt. Bei den Dämpfungszuschläge handelt es sich um mit weichem Silikon umhüllte Stahlkugeln, welche dem frischen Beton zugegeben werden. Die Zuschläge wirken als Schwingungsdämpfer und reduzieren die Amplitude dynamisch belasteter Betonelemente. Die dissipative Kapazität der Dämpfungszuschläge lässt sich durch ihre dynamischen Eigenschaften und deren Verhältnisse zu dynamischen Eigenschaften der Betonelemente bestimmen. Hier sind die Masse, die Eigenfrequenz und -dämpfung von entscheidender Bedeutung.
Mit numerischem Verfahren können die dynamischen Eigenschaften ermittelt werden. Die Validierung ermittelter Werten erfolgt allerdings im Labor. Entwicklung eines Versuchsaufbaus zu diesem Zweck ist der Schwerpunkt der Abschlussarbeit.
Aufgaben:
Der umhüllte Kern zeigt verschiedene Eigenschwingungsformen, welche sich in drei Bewegungsarten gruppieren: Rotation, Translation und deren Kombination (Abb. 1). Der zu entwickelnde Versuchsaufbau soll ermöglichen, die Frequenz der translatorischen Schwingungsform des Kerns zu bestimmen. Außerdem ist eine umfangreiche Literaturrecherche über die vorhandenen Laborverfahren zur Bestimmung der Eigenfrequenz und Eigendämpfung erforderlich.
Die einzelnen Arbeitsschritte können in Absprache mit dem Betreuer individuell angepasst werden.
Betreuung:
Meisam Ansari, M.Sc.
Prof. Carsten Könke
Kontakt: meisam.ansari[at]uni-weimar.de
Untersuchung der Einflüsse von eingebetteten funktionalisierten Zuschlägen auf die mechanischen Eigenschaften des Betons durch numerische Simulation oder Laborversuche (B.Sc. / M.Sc.)
Fachrichtung: FEM
Schlagwörter: Mehrskalenmodellierung, Beton, Abaqus, Python
Im Rahmen des laufenden Forschungsprojekts „Intelligenter Beton 2.0“ werden spezielle Zuschläge für Beton entwickelt. Die Zuschläge übernehmen neue Funktionen und machen den Werkstoff Beton adaptiver. Zum Beispiel Verkapselung von Werkstoffen zur Re-Alkalisierung und Rissheilung des Betons, energiedissipative Körnungen zur Verbesserung der Dämpfungseigenschaften des Betons.
Die funktionalisierten Zuschläge werden im Beton eingesetzt. Dadurch ersetzen sie einen Teil von den herkömmlichen Zuschlägen. Daher ist es zu untersuchen, wie sich die mechanischen Eigenschaften des Betons verändern. Diese Untersuchung ist der Schwerpunkt der Abschlussarbeit.
Aufgaben:
- Für die numerische Untersuchung ist bereits eine Simulationsumgebung entwickelt. Mithilfe dieser Simulationsumgebung werden Modellen von Betonproben in Abaqus aufgebaut und analysiert. Die funktionalisierten Zuschläge lassen sich hier als Hohlräume modellieren.
- Für die experimentelle Untersuchung werden Laborversuche mit Betonproben ausgeführt.
Die einzelnen Arbeitsschritte können in Absprache mit dem Betreuer individuell angepasst werden. Der Schwerpunkt der Arbeit kann entweder in der numerischen oder experimentellen Untersuchung liegen.
Betreuung:
Meisam Ansari, M.Sc.
Prof. Carsten Könke
Kontakt: meisam.ansari[at]uni-weimar.de
Entwicklung eines Versuchsaufbaus zur Bestimmung von Materialkennwerten durch dynamische Versuche (B.Sc.)
Während der letzten Jahre wurden am ISM in Zusammenarbeit mit der Materialforschungs- und Prüfanstalt (MFPA) Weimar zahlreiche Schwingungs- und Dämpfungsexperimente durchgeführt.
Im Fokus steht dabei die Ermittlung von Dämpfungskennwerten, wie der Material- und Fügestellendämpfung. Die durchgeführten Ausschwingversuche eignen sich zudem aber auch zur Identifikation von Werkstoffparametern, z.B. des E-Moduls.
Im Rahmen der geplanten Abschlussarbeit soll der bestehende Versuchsaufbau weiterentwickelt und professionalisiert werden, mit dem Ziel ein wirtschaftlich nutzbares experimentelles Setup zu konzipieren.
Neben Untersuchungen an unterschiedlichen Materialien und Werkstoffgeometrien sollen auch Experimente unter erhöhten Temperaturen und reduziertem Luftdruck einbezogen werden.
Die Abschlussarbeit soll neben einer Literaturrecherche eine Analyse bestehender Versuchsdaten beinhalten. Weiterhin soll ein generalisierter Versuchsaufbau entwickelt und die konstruktive Umsetzung geplant werden. Die einzelnen Arbeitsschritte können durch entsprechende experimentelle Tätigkeiten ergänzt werden.
Betreuung:
Experimentelle und analytische Untersuchungen zum viskoelastischen Verhalten von funktionalisierten Bindemittelsystemen an der MFPA Weimar
Grundlegende Aspekte der Arbeit
Mit der Verbreitung von Leichtbaustrategien, additiven Technologien und innovativen Mischbauweisen steigen die Anforderungen an Baustoffe erheblich. Neben Fragen der Wirtschaftlichkeit betrifft dies insbesondere die Dauerhaftigkeit, Nachhaltigkeit, Anwendungs- und Nutzungseigenschaften, aber auch zunehmend funktionelle Eigenschaften. Innovative und anwendungsspezifisch entwickelte Bindemittelsysteme bilden die Grundlage für moderne Baustoffe, die diesen Anforderungen gerecht werden können.
Im Rahmen eines vom TMWWDG-geförderten Projektes sollen die mechanischen Eigenschaften von funktionalisierten Bindemittelsystemen in Abhängigkeit von verschiedenen Umwelteinflüssen untersucht werden. Dafür stehen mit dynamisch-mechanischen Analysesystemen (DMA) innovative Untersuchungsmethoden bereit, die es erlauben, das mechanische Verhalten von kleinsten Prüfkörpern bei unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten zu untersuchen. Die experimentellen Untersuchungen bilden die Grundlage für die computergestützte Beschreibung des Materialverhaltens auf Basis von Mehrskalenansätzen.
Arbeitsfelder
Auf Basis von vorgegebenen Rezepturen sollen umfassende experimentelle Untersuchungen zum viskoelastischen Materialverhalten von funktionalisierten Bindemittelsystemen durchgeführt werden. Die Versuche erfolgen selbstständig an Hochlast-DMA-Geräten. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf den Veränderungen der mechanischen Eigenschaften bei variablen Umgebungsbedingungen.
Neben den experimentellen Arbeiten bilden analytische Berechnungen einen Schwerpunkt der Arbeit. Mit Hilfe der experimentellen Daten soll untersucht werden, ob bestehende (mehrskalige) Modellansätze für die Vorhersage der mechanischen Eigenschaften von neuartigen Bindemittelsystemen verwendet werden können oder ob Anpassungen erforderlich sind.
Kontakt
Dr.-Ing. Luise Göbel (luise.goebel[at]mfpa.de)
Prof. Tom Lahmer (tom.lahmer[at]uni-weimar.de)
Geeignet als: Bachelor- / Studien- / Masterarbeit
Modellbasierte Systementwicklung - eine Methode zur Entwicklung komplexer technischer Systeme (M.Sc.)
Die modellbasierte Systementwicklung (engl. Model Based Systems Engineering) ist eine anerkannte Methode zur Entwicklung komplexer technischer Systeme. Diese Methode basiert auf folgenden Grundsätzen:
Jedes technische System lässt sich in weitere Systeme (Teilsysteme) zerlegen und ist selber ein Teilsystem eines übergeordneten Systems
Der Entwicklungsprozess lässt sich in die aufeinanderfolgenden Abschnitte
Anforderungen – Funktionen – Konzepte – Prototypen einteilen.In jedem dieser Abschnitte werden spezifische Modelle eingesetzt, die in der Lage sind miteinander zu interagieren und damit das zu entwickelnde System abbilden.
Wissenschaftliche Fragen:
Welche Methoden zur Entwicklung zukünftiger komplexer Systeme gibt es im Bauwesen?
Welche Gemeinsamkeiten bzw. Unterschiede gibt es zwischen den Methoden im Bauwesen und der o.g. modellbasierten Systementwicklung?
Können Vorteile aus der modellbasierten Systementwicklung im Bauwesen genutzt werden?
Betreuung:
Application of the GUM for Uncertainty Quantification of Ambient Acceleration Measurements
The Guide to the Assessment of Uncertainties in Measurements (GUM) [1] provides the general concepts and guidelines for uncertainty description and quantification of measurements. These procedures should be applied, in order to develop a quality measure for acquired vibration acceleration signals.
Tasks
- Study and summary of the relevant sections of the GUM
- Implementation of the respective Type A and Type B uncertainty Models
- Uncertainty propagation using Monte-Carlo Methods
- Application to measured laboratory vibration signals
Literature
- International Organization for Standardization (ISO). Guide to the Expression of Uncertainty
in Measurement. Tech. rep. Geneva: ISO, Oct. 1, 2008.
Suggested qualifications
- "Signal Processing": good grade
- "Stochastics for risk assessment": good grade
- "Experimental Structural Dynamics": recommended
- "Structural Dynamics": recommended
- Intermediate Knowledge of MATLAB or Python
Supervisors
- Simon Marwitz, M. Sc. (simon.jakob.marwitz[at]uni-weimar.de)
- Prof. Tom Lahmer
Moment-free Sensitivity Analysis of Engineering Models
To assess the influence of model parameters on the model's response, means of sensitivity analysis are applied.
Most of these methods are based on the analysis of the variance.
In this work, techniques shall be studied, which consider the complete distribution of a system's output during a Monte Carlo Simulation. Results are to be compared with variance-based methods.
The choice of the application (engineering model) is according to the students suggestion.
Contact: Prof. Tom Lahmer
Multiscale modeling in the framework of continuum micromechanics for gypsum binder materials mixed with ecological composite materials
Goal
Gypsum is widely used in several application fields, such as wall boards and floor pavements. However, its occurrence is restricted due to the ongoing phasing out of coal energy. Therefore, construction components with a reduced gypsum content based on renewable primary products need to be developed.
However, the experimental investigations of different multicomponent mixtures is rather time-consuming, demanding the application of appropriate and reliable prediction models. Therefore, the goal of the master thesis is the development of a microstructure-based model that is able to predict eminent mechanical properties of gypsum binders mixed with ecological materials, such as wood, paper, or hemp chaff. The multiscale model should be developed in the framework of continuum micromechanics, allowing for a computer-based representation of the material based on solely constants with a physical meaning. Experimental data for the calibration and validation will be taken from both experiments and the international literature.
Key aspects of the work
- Thorough literature review about the use of gypsum materials mixed with composite materials
- Thorough literature review about micromechanical models and their possible applications to gypsum-based materials
- Implementation of a semi-analytical model to predict the elastic modulus of such materials, using an interpreter programming language (MATLAB, python)
- Parameter studies: influence of varying phase shapes and varying micromechanical properties
Remarks
The basic of the work constitutes a study of the international literature.
Contact
Dr.-Ing. Luise Göbel luise.goebel[at]mfpa.de
Prof. Dr. rer. nat. Tom Lahmer tom.lahmer[at]uni-weimar.de
Studien-, Bachelor- oder Masterarbeit an der MFPA Weimar im Bereich Kunststoff 3D-Druck und Werkstoff-Charakterisierung
Wir suchen…
engagierte Studenten aus dem Bereich Bauingenieurwesen oder ähnliches für experimentelle Arbeiten im Bereich Kunststoff-3D-Druck und experimenteller Charakterisierung.
Eigenmotivation und die Bereitschaft selbständig zu arbeiten wird vorausgesetzt.
Wir bieten…
spannende Themen im Bereich Kunststoff-3D-Druck, Werkstoffwissenschaft und Werkstoffprüfung sowie Sensorik. Kennenlernen und Einstieg gerne auch über HiWi-Stelle.
Interesse?
Info MFPA: Die Materialforschungs- und –prüfanstalt im Zentrum von Weimar ist eine außeruniversitäre Forschungseinrichtung und amtliche Materialprüfanstalt im Freistaat Thüringen. Forschungskompetenzen werden hierbei mit wirtschaftlichen Tätigkeiten bei der Prüfung, Überwachung und Zertifizierung von Werkstoffen, Bauteilen, Bauprodukten bis hin zu Bauwerken vereint. Weitere Info‘s hier www.mfpa.de.
Weitere Details / Kontakt: Andreas Kirchner, Dr.-Ing. Martin Ganß, Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar, Coudraystraße 9, 99423 Weimar, E-Mail: andreas.kirchner[at]mfpa.de, martin.ganss[at]mfpa.de