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Praktikum Rechnerunterstützte Produktentwicklung (RPE)2.5 ECTS (englische Bezeichnung: Practical Computer Aided Engineering)
(Prüfungsordnungsmodul: Rechnerunterstützte Produktentwicklung)
Modulverantwortliche/r: Sandro Wartzack Lehrende:
Sandro Wartzack
Startsemester: |
SS 2017 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (SS) |
Präsenzzeit: |
30 Std. | Eigenstudium: |
45 Std. | Sprache: |
Deutsch |
Lehrveranstaltungen:
Inhalt:
Versuch 1: Mehrkörpersimulation
Versuch 2: CAD-Modellierung
Versuch 3: Strömungsmechnik
Versuch 4: Spritzgießsimulation
Versuch 5: Numerik - FEM im Einsatz
Versuch 6: Rapid Prototyping
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 Studenten 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:
- Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science)
(Po-Vers. 2009 | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science) | Ingenieurwissenschaftliche Studienrichtungen | Hochschulpraktikum Studienrichtung Maschinenbau | Rechnerunterstützte Produktentwicklung)
Dieses Modul ist daneben auch in den Studienfächern "Maschinenbau (Master of Science)" verwendbar. Details
Studien-/Prüfungsleistungen:
Praktikum Rechnerunterstützte Produktentwicklung (Prüfungsnummer: 46801)
- Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet, 2.5 ECTS
- weitere Erläuterungen:
Für den Erwerb des Scheins als Dokumentation der erbrachten Studienleistung müssen die abgelegten Versuche von den Betreuern erfolgreich testiert sein.
- Erstablegung: SS 2017, 1. Wdh.: SS 2018
1. Prüfer: | Sandro Wartzack |
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UnivIS ist ein Produkt der Config eG, Buckenhof |
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