Praktikum KTmfk/Rechnerunterstützte Produktentwicklung (P-KTmfk)2.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Practical Computer Aided Engineering)
(Prüfungsordnungsmodul: Praktikum KTmfk/Rechnerunterstützte Produktentwicklung)

Lehrveranstaltungen:

• • Praktikum Rechnerunterstützte Produktentwicklung
    (Praktikum, 2 SWS, Björn Heling et al., Mi, 8:30 - 14:00, CIP-Pool MB Konrad-Zuse-Str. 3; Praktikumstermine werden in der Vorbesprechung bekannt gegeben)

Empfohlene Voraussetzungen:

Es wird empfohlen, folgende Module zu absolvieren, bevor dieses Modul belegt wird:

Technische Darstellungslehre I (WS 2019/2020)

Inhalt:

Mehrkörpersimulation, CAD-Modellierung, Bildkorrelation, Data Mining, Toleranzsimulation

Lernziele und Kompetenzen:

Fachkompetenz

Wissen

Im Rahmen des Praktikums RPE werden den Studierenden Kenntnisse über Rechnerunterstützte Produktentwicklung durch Computer Aided Engineering (CAE) vermittelt. Wesentlicher Lehrinhalt des Praktikums sind ebenfalls Theorie und Einsatz der rechnerbasierten Werkzeuge. In den sechs Versuchen wird ein Grundwissen zu den eingesetzten rechnergestützten Werkzeugen vermittelt, insbesondere Wissen über:

• rechnerunterstütze Berechnungsmethoden (Computer Aided Engineering – CAE)

• rechnerunterstützte Produktmodellierung durch Computer Aided Design (CAD) (Varian-ten, Parametrik, Produktfamilien, Regeln)

• Additive Fertigungsverfahren (Weiterverarbeitung von virtuellen Produktmodellen, vom CAD-Modell zum Funktionsprototypen)

• den Prozessablauf von selektivem Lasersintern (SLS). Verfahrensvarianten. theoretische Grundlage zum SLS. Quasi-isothermes Lasersintern

• Strömungssimulationen auf Basis eines CAD-Flächenmodells

• strömungstechnische Grundlagen (Prinzip des Drehmoment-Wandlers, Läuferrad)

• die Grundlagen sowie Anwendungsfelder der Finiten Elemente Methode (FEM) zur numerischen Entwurfsbewertung

• Verfahren der Mehrkörpersimulation (MKS)

• Festkörpermechanik und Schwingungslehre

• den Lagrange-Formalismus, Redundante Koordinaten, Minimalkoordinaten, Lagrange-Modell
  

Verstehen

Die Studierenden erwerben Verständnis auf Basis des gewonnenen Wissens, indem sie im Rahmen der praktischen Tätigkeiten Aufgabenstellungen abstrahieren und wesentliche Inhalte herausstellen. Im Rahmen der sechs Versuche sind vor allem folgende Erkenntnisse bedeutend:

• Verstehen von parametrischen CAD-Modellen

• Verstehen von Mehrkörpermodellen und -simulationen

• Verstehen von CFD-Simulationen

• Verstehen des Fertigungsverfahrens selektives Laserstrahlsintern (SLS)

• Verstehen von FEM-Simulationen, insbesondere der Verformungs- und Spannungsanalyse
  

Anwenden

Im Rahmen des Praktikums RPE wenden die Studierenden das Gelernte an, um virtuelle Produktmodelle und durch Rapid Prototyping hergestellte Bauteile zu analysieren sowie Modelle zu parametrisieren. Grundlage für derartige Berechnungen ist das in den Theorieteilen der Ver-suchsbeschreibungen vermittelte Wissen. Im Rahmen der sechs Versuche wenden die Studierenden unter Anleitung folgende Verfahren an:

• Versuch 1: Modellierung von Bauteilen und Baugruppen. Parametrisierung von CAD-Modellen. Erstellen von Familientabellen (Varianten ableiten). Implementieren von Regeln.

• Versuch 2: Modellierung eines Mehrkörpermodells. Parametrisieren des Modells. Erzeugen der kinematischen Verbindungen. Einpflegen von Formeln. Durchführen einer Kinematiksimulation. Erstellen von Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigung-Zeit-Diagrammen.

• Versuch 3: Geometrieaufbereitung und Diskretisierung eines CFD-Modells. Modellrandbedingungen implementieren (Definition des strömenden Mediums, Interfacebeschreibung, Druckdefinition, Definition von Messpunkten, Solvereinstellungen wählen).

• Versuch 4: CAD-Datenaufbereitung für das SLS. Positionierung des Bauteils im Maschinenraum.

• Versuch 5: Verformungs- und Spannungsanalyse am Gesamtmodell des Läuferrades. Eigenfrequenzanalyse am Gesamtmodell des Läuferrades. Verformungs- und Spannungsanalyse am Einzelschaufelmodell. Eigenfrequenzanalyse am Einzelschaufelmodell. Analytische Berechnungen (Wärmedehnung der Einzelschaufel, Schraubenvor-spannkraft, Druckkraft des Fluids auf die Einzelschaufel, Fliehkraft im Schaufelfuß infolge Turbinenrotation, Eigenfrequenzen der Einzelschaufel).

• Versuch 6: Berechnung der Massenträgheitsmomente, Schwerpunktsberechnung, Berechnung der potentiellen und kinetischen Energie, Bestimmen der notwendigen Zwangsbedingungen, Bestimmung des Konfigurationsvektors, Bestimmung der Gesamtenergie.
  

Analysieren

Die Studierenden verstehen Zusammenhänge durch das Aufzeigen von Querverbindungen zu den Kompetenzen, die in Fächern wie Praktische Produktentwicklung mit 3D-CAD-Systemen, Strömungsmechanik, Mehrkörperdynamik oder Technischer Mechanik erworben werden.

Evaluieren (Beurteilen)

Die Studierenden erlernen Möglichkeiten und Verfahren zur Auswertung von Simulationsergebnissen der MKS und FEM. Diese beinhalten insbesondere das Lesen und Bewerten von Diagrammen wie beispielsweise Kraft-Weg-Kurven, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsverläufen:

• Überprüfen der Laufruhe von Kurbeltrieben anhand von Ergebnissen numerischer Integration

• Beurteilen günstiger Positionen von Messpunkten

• Einschätzen der Auswirkungen von Bauteileigenfrequenzen
  

Erschaffen

Die Studierenden werden befähigt, anhand der erlernten Grundlagen CAD- und CAE-Modelle zur Simulation anderer Problemstellung zu erstellen. Dies beinhaltet insbesondere:

• Erstellen parametrisierter CAD-Modelle

• Erstellen von Mehrkörpersimulationsmodellen

• Erstellen von CFD-Modellen zur Lösung strömungsmechanischer Problemstellungen

• Gestalten von Bauteilen für generative Fertigungsverfahren wie selektives Lasersintern

• Erzeugen von FEM-Modellen zur Durchführung von Spannungs- und Verformungsanalysen

• Simulation von dynamischen Mehrkörpersystemen auf Basis des Lagrange-Formalismus
  

Lern- bzw. Methodenkompetenz

Die Studierenden werden befähigt, selbständig die aufgeführten rechnerunterstützten Werkzeuge einzusetzen. Grundlage hierfür bilden die theoretischen Grundlagen und Versuchsanleitungen der Praktikumsunterlagen. Der sichere Umgang beim praktischen Einsatz des Lerninhalts wird durch die Unterstützung der Betreuer und studentischen Tutoren ermöglicht.

Selbstkompetenz

Die Studierenden werden im Praktikumsbetrieb zur selbständigen Arbeitseinteilung und Einhaltung von Meilensteinen befähigt. Weiterhin erlernen die Studierenden eine objektive Beurteilung sowie Reflexion der eigenen Stärken und Schwächen sowohl in fachlicher (u. a. beim Kolloquium zum Beginn jeder Übungseinheit) als auch in sozialer Hinsicht (u. a. bei der Diskussion von Lösungen in Kleinstgruppen).

Sozialkompetenz

Die Studierenden erarbeiten selbstständig die Praktikumsziele, wobei die Möglichkeit besteht, in Kleinstgruppen gemeinsam Lösungswege für die gestellten Praktikumsaufgaben zu erarbeiten. In der gemeinsamen Diskussion geben Betreuer, studentische Tutoren und Kommilitonen wertschätzendes Feedback.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Mechatronik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Mechatronik (Master of Science) | Gesamtkonto | M5 Hochschulpraktika | Praktikum KTmfk/Rechnerunterstützte Produktentwicklung)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Praktikum KTmfk/Rechnerunterstützte Produktentwicklung (Prüfungsnummer: 48901)

Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet, 2.5 ECTS

weitere Erläuterungen:
Für den Erwerb des Scheins als Dokumentation der erbrachten Studienleistung muss eine in digitaler Form vorliegende, eigenständig erstellte Ausfertigung, bestehend aus einem virtuellem Produktmodell (ein CAD-Modell oder ein MATLAB-Skript) und einem Abgabebogen (ca. 3 Seiten) je Versuch vorliegen. Die Ausarbeitung erfolgt eigenständig unter tutorieller Betreuung. Die in den jeweiligen fünf Versuchen geforderten Unterlagen sind in digitaler Form über StudOn verbindlich zu vorab definierten Terminen fristgerecht abzugeben und bilden die Grundlage für die Testaterteilung. Der Fortschritt der Ausarbeitung wird kontinuierlich während des Praktikums nach der vorab definierten Unterlagenabgabe zu vorab definierten Terminen von den Betreuenden testiert und kann von den Studierenden während des Praktikums über StudOn eingesehen werden

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: SS 2020, 1. Wdh.: WS 2020/2021

1. Prüfer:

Sandro Wartzack