Numerische Simulation Elektromechanischer Wandler (NumSiElWa)7.5 ECTS
(Prüfungsordnungsmodul: Mechatronics)

Lehrveranstaltungen:

• • Numerische Simulation Elektromechanischer Wandler
    (Vorlesung, 2 SWS, Stefan Rupitsch, Do, 14:15 - 15:45, SR 02.028)
  • Übungen zu Numerische Simulation Elektromechanischer Wandler
    (Übung, 2 SWS, Michael Nierla, Fr, 8:30 - 10:00, SR 02.028; ab 25.4.2014)
  • Projektübung zu Numerische Simulation Elektromechanischer Wandler
    (Übung, 2 SWS, Michael Nierla, Do, 16:15 - 17:45, SR 02.028; ab 10.4.2014)

Inhalt:

Es wird der aktuelle Wissensstand auf dem Gebiet der numerischen Simultation gekoppelter Feldprobleme, wie sie typischerweise bei der Analyse und Optimierung von modernen Sensoren und Aktoren auftreten, vermittelt. Schwerpunkte sind dabei die effiziente numerische Behandlung der auftretenden gekoppelten Feldprobleme mit allen ihren Nichtlinearitäten. Als Leitfaden durch die Vorlesung dienen drei praktische Problemstellungen - numerische Simulation eines elektromagnetischen Ventils (Automobiltechnik), eines piezoelektrischen Stapelaktors (Einspritztechnik) und einer mikromechanischen elektrostatischen Ultraschallarrayantenne (medizinische Bildgebung). Die numerische Behandlung der in den einzelnen Teilfeldern - magnetisches, mechanisches, akustisches Feld - auftretenden Nichtlinearität sowie die Algorithmen zur Beschreibung der gekoppelten Feldprobleme werden eingehend besprochen. Als numerisches Diskretisierungsverfahren wird die Finite Elemente Methode (FEM) verwendet.

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• übertragen die Grundlagen der Finiten-Elemente-Methode auf komplexe, gekoppelte Feldprobleme

• kennen und verwenden die direkte und die iterative Kopplung von Feldern (z.B. Direkte mechanisch-akustische Kopplung und iterative mechanisch-elektrostatische Kopplung)

• geben Methoden zum Lösen von nicht-linearen Problemen wieder (Newtonverfahren, Fixpunktiteration) und vergleichen diese

• verwenden Simulationsprogramme (Ansys, NACS) zur Lösung von komplexen, gekoppelten Problemstellungen aus den besprochenen Feldproblemen

• wählen zur Lösung der gestellten Aufgaben geeignete Analyseverfahren (statische, transiente, harmonische)

• überprüfen ihre Ergebnisse mit Hilfe von analytischen Formeln und geeigneten Visualisierungen (Graphen, Konturverläufe, Potentiallinien)

• organisieren selbständig die Bearbeitung der Übungsaufgaben in Gruppen

• formulieren und präsentieren ihre Ergebnisse
  

Literatur:

Kaltenbacher, M.: Numerical Simulation of Mechatronic Sensors and Actuators, 2nd edition, Springer 2007

Organisatorisches:

Empfohlen wird Vorlesung und Übungen "CAE von Sensoren und Aktoren"

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science)
   (Po-Vers. 2013 | Masterprüfung | Wahlpflichtbereich Technisches Anwendungsfach | Mechatronics)

Studien-/Prüfungsleistungen: