Modulbeschreibung

Die Studierenden

• sind in der Lage statische und transiente Strukturmechanik-Probleme mit eine FEM-Sovler (z.B. Ansys) durchzuführen und auszuwerten.
• sind in der Lage die Dynamik von Mehrkörpersystemen mit Hilfe der Methode der virtuellen Arbeit zu modellieren, d.h. die Steifigkeits-, Masse- und Dämpfungsmatrizen für gekoppelte Systeme herzuleiten.
• sind in der Lage die Schwingungsgleichung von Mehrkörpersystemen (ohne Kontaktprobleme) numerisch für verschiedene Anfangs- und Randbedingungen zu integrieren und die Resultate mit einem Mehrkörper-Solver wie z.B. Simpack zu vergleichen.
• können Mehrkörpersysteme und nicht-lineare, Feder-Dämpfer-Modelle als Knotenmodelle an das FEM-Modell koppeln und diese Modelle berechnen.
• sind in der Lage, verschiedene Untergrundmodelle für die Modellierung von Bahntrassen in ANSYS zu implementieren, deren Einfluss auf die Schwellenbewegung und die vertikale Auslenkung der Schiene zu berechnen.
• sind in der Lage, englische Fachpublikationen und Paper zu lesen, deren Inhalte nachzuvollziehen und umzusetzen.

Die obigen Ziele werden anhand von praktischen Aufgabenstellungen erarbeitet, beispielsweise:

• Entwickeln eines 3D-FEM-Modells zur Berechnung der Schwellen- und Schienenbewegung.
• Implementieren von nicht-linearen und viskoelastischen Feder-Dämpfer-Elementen als Untergrundmodelle.
• Modellierung eines Mehrkörpersystems für einen Bahnwaggon und numerische Integration der Bewegungsgleichungen für verschiedene Anfangs- und Randbedingungen.
• Validierung des Modells mittels Simpack.
   

Die Studierenden

• sind in der Lage, rechenintensive wissenschaftliche Berechnungen in Python effizient und sauber strukturiert (objektorientiert) zu programmieren.
• sind in der Lage, einen Code zu debuggen und eine Testsuite für diesen Code zu schreiben (Unit-Tests).
• sind in der Lage, Python Code effizient und sauber zu dokumentieren.
• sind in der Lage, die Gültigkeit der simulierten Ergebnisse zu beurteilen.
• sind in der Lage, die simulierten Ergebnisse mit Messdaten zu vergleichen, abzugleichen (Parameter-Fit) und zu beurteilen.

Die obigen Ziele werden anhand von praktischen Aufgabenstellungen erarbeitet, beispielsweise:

• Implementierung und Lösung des statischen Randwertproblems (RWP) für die vertikale Bewegung der Schiene als Bernoulli- oder Timoshenko-Beam auf einem nicht-linearen, kontinuierlichen Untergrund (Winkler-Support, linear, nicht-linear, viskoelastisch) in Python.
• Implementierung verschiedener Untergrundmodelle für die Modellierung von Bahntrassen in Python
• Aufbereitung der der Messdaten (Integration der Beschleunigungsdaten der Schwellen und Auswertung der Hochgeschwindigkeitskamera-Aufnahmen, MATLAB)
• Vergleich mit Messdaten und Schlussfolgerung