Lectures

Modul 11 - Statik und Tragwerkslehre A
Baustatik 1
Prof. Dr. techn. G. Meschke, V. Gall, G. Neu, Dr.-Ing. M. Hofmann
3. Semester, Winter Leistungspunkte: 5
Description:
  • Der erste Teil der Lehrveranstaltung ist den Grundlagen des baustatischen Entwurfsprozesses sowie der Beschreibung prinzipieller Wirkungsweisen von Tragstrukturen (Balken- und Plattentragwerke) gewidmet. Im zweiten Teil werden die Theorie der Stabtragwerke für ebene und räumliche schubstarre und schubweiche Stabelemente, Energieprinzipien, und Methoden zur Berechnung von Zustandslinien statisch bestimmter und unbestimmter Systeme mittels des Kraftgrößenverfahrens behandelt. Die Vorlesung wird durch Übungen ergänzt, in denen anhand illustrativer Beispiele die notwendigen Handfertigkeiten bei der Lösung baustatischer Probleme geschult werden. In der Semesterarbeit „Tragwerksanalyse“ werden Tragwerke und ihre Beanspruchungen gesamtheitlich erfasst und analysiert. In Hausarbeiten werden zudem die Grundlagen für ein selbstständiges Lösen baustatischer Problemstellungen gelegt, die für den erfolgreichen Abschluss des Moduls erforderlich sind.
Modul 18 - Statik und Tragwerkslehre B
Baustatik 2
Prof. Dr. techn. G. Meschke, Dr.-Ing S. Freitag, Dr.-Ing. M. Hofmann, J. Reinold
4. Semester, Sommer Leistungspunkte: 4
Description:
  • Im ersten Teil der LV wird aufbauend auf den im Modul Statik und Tragwerkslehre A erläuterten strukturmechanischen Grundlagen die Ermittlung von Einflusslinien und Verformungsverläufen beispielhaft für verschiedenartige statisch bestimmte und unbestimmte ebene Tragwerke behandelt. Im zweiten Teil wird das Weggrößenverfahren als Grundlage der computerorientierten Berechnungen statisch unbestimmter Systeme erläutert, in matrizieller Form (direkte Steifigkeitsmethode) aufbereitet und zur Lösung baustatischer Aufgaben herangezogen. Durch Hausarbeiten werden die praktischen Kenntnisse in der Lösung der Problemstellungen aus Baustatik II geschult.
Baustatik 3
Prof. Dr. techn. G. Meschke, K. Kremer
5. Semester, Winter Leistungspunkte: 4
Description:
  • Aufbauend auf die in Baustatik I und II erläuterten linearen baustatischen Methoden werden Grundlagen der Stabilitätstheorie erläutert und die Theorie II. Ordnung in einer computergerechten matriziellen Form aufbereitet. Im Zusammenhang mit Stabilitätsproblemen wird das Ritz-Verfahren als Näherungslösung vorgestellt und mit analytischen Lösungen verglichen. Der zweite Teil der Lehrveranstaltung ist einer Einführung in die Finite-Elemente-Methode gewidmet. In den Semesterarbeiten werden sowohl theoriebezogene Aufgaben bearbeitet als auch einfache praxisorientierte baustatische Aufgabenstellungen unter Anwendung von Computerprogrammen gelöst. In der Hausarbeit werden praktische Kenntnisse zur selbstständigen Lösung von Aufgaben aus der Lehrveranstaltung erworben.
CE-P05 - Finite Element Methods for Linear Structural Mechanics
Prof. Dr. techn. G. Meschke, V. Gudzulic
Term: 1. Semester, Winter term Credit points: 6
Description:
  • Introduction to the finite element method in the framework of linear elastodynamics. Based upon the weak form of the boundary value problem principles of spatial discretization using the finite element method are explained step by step. First, one - dimensional isoparametric p-truss elements are used to explain the fundamentals of the finite element method. Afterwards the same methodology is used to develop two-(plane stress and plane strain) and three-dimensional isoparametric p-finite elements for linear structural mechanics. In addition to analyses related to structural mechanics, the application of the finite element method to the spatial discretization of problems associated with transport processes within structures (e.g. heat conduction, pollutant transport, moisture transport, coupled problems) is demonstrated. The second part of the lecture is concerned with finite element models for beams and plates. In this context aspects of element locking and possible remedies are discussed.The lectures are supplemented by exercises to promote the understanding of the underlying theory and to demonstrate the application of the finite element method for the solution of selected examples. Furthermore, practical applications of the finite element method are demonstrated by means of a commercial finite element program.
CE-W07 - Applied Finite Element Method
Prof. Dr. techn. G. Meschke, B.T. Cao, Dr.-Ing. T.S. Dang, G. Neu, R.J. Williams Moises
Term: 1. Semester, Winter term Credit points: 2
Description:
  • In this module, the students acquire skills to apply the finite element method on various structural problems using a multi-physics commercial software (ABAQUS). This course is designed to equip students with the necessary tools to apply the theoretical concepts learned in the Finite Element Methods course (CE-P05), on real-world problems. The course covers the details of the structural analysis procedures: such as creating geometries; defining material properties, loads and boundary conditions; checking and solving the problems; analyzing and interpreting the results.
CE-WP04 - Advanced Finite Element Methods
Prof. Dr. techn. G. Meschke, T. Iskhakov, Assistenten
Term: 2. Semester, Summer term Credit points: 6
Description:
  • Based upon a brief summary of non-linear continuum mechanics the weak form of non-linear elastodynamics, its consistent linearization and its finite element discretization are discussed and, in a first step, specialized to one-dimensional spatial truss elements to understand the principles of the formulation of geometrically nonlinear finite elements. In addition, an overview of nonlinear constitutive models including elasto-plastic and damage models is given. The second part of the lecture focuses on algorithms to solve the resulting non-linear equilibrium equations by load- and arc-length controlled Newton-type iteration schemes. Finally, the non-linear finite element method is used for the non-linear stability analysis of structures. The lectures are supplemented by exercises to support the understanding of the underlying theory and to demonstrate the application of the non-linear finite element method for the solution of selected examples. Furthermore, practical applications of the non-linear finite element method are demonstrated by means of acommercial finite element program.
CE-WP06 - Finite Element Methods for Nonlinear Analysis of Inelastic Materials and Structures
Prof. Dr. techn. G. Meschke, Dr.-Ing. A. Alsahly
Term: 2. Semester, Summer term Credit points: 3
Description:
  • The course is concerned with inelastic material models including their algorithmic formulation and implementation in the framework of nonlinear finite element analyses. Special attention will be paid to efficient algorithms for physically nonlinear structural analyses considering elastoplastic models for metals, soils and concrete as well as damaged based models for brittle materials. As a final assignment, the formulation and implementation of inelastic material models into an existing finite element program and its application to nonlinear structural analyses will be performed in autonomous teamwork by the participants.
CE-WP09 - Numerical Simulation in Geotechnics and Tunneling
Prof. Dr. techn. G. Meschke, A. Marwan, Dr.-Ing. A. A. Lavasan
Term: 2. Semester, Summer term Credit points: 6
Description:
Numerical Simulation in Geotechnics
Dr.-Ing. A. A. Lavasan
Term: 2. Semester, Summer term Credit points: 3
Description:
  • The course gives an overall insight to the numerical simulation of geotechnical and tunneling problems by using the finite element method including constructional details, staged excavation processes and support measures. This encompasses material modeling, discretization in space and time and the evaluation of numerical results. The terms and expressions for creating proper numerical models showing appropriate mesh shapes, boundary and initial conditions are introduced. Different constitutive models with their parameters and potential fields of application for different materials are presented in order to show how accurate results can be obtained. To control the reliability of numerical models, the basics of constitutive parameter calibration, model validation and verification techniques are explained. In connection with the possibilities of 2D and 3D discretization, the basics of invariant model development are explained. To achieve a better understanding of the soil-water interactions in drained, undrained and consolidation analyses, fully coupled hydro-mechanical finite element solutions are described. Basics of local and global sensitivity analyses are introduced to address the effectiveness of the contributing constitutive parameters as well as constructional aspects within the sub-systems. To perform global sensitivity analyses, which usually requires a vast number of test runs, the meta modeling technique as a method for surrogate model generation is presented. All these methods are consequently applied in the context of a reference case study on a tunneling-related topic.
Numerical Simulation in Tunneling
Prof. Dr. techn. G. Meschke, A. Marwan
Term: 2. Semester, Summer term Credit points: 3
Description:
  • This tutorial provides an overview of the most important aspects of realistic numerical simulations of tunnel excavation using the Finite Element Method including staged excavation processes and support measures. This encompasses material modeling, discretization in space and time and the evaluation of numerical results. In the framework of the exercises nonlinear numerical analyses in tunneling will be performed by the participants in autonomous teamwork in the computer lab.
CE-WP10 - Object-oriented Modelling and Implementation of Structural Analysis Software
Lecturers: Prof. Dr. techn. G. Meschke, H.G. Bui, Prof. Dr.-Ing. M. Baitsch
Term: 2. Semester, Summer term Credit points: 3
Description:
  • The seminar links the theory of finite element methods with object-oriented programming in the sense that the finite element theory is applied within a finite element program developed by the students. In order to gain insights into both topics – object-oriented programming and finite element theory - students implement an object-oriented finite element program for the analysis of spatial truss structures. This combination of the theory of numerical methods with object-oriented programming provides an inspiring basis for the successful study of computational engineering. In the lecture, the fundamentals of the finite element method and object-oriented programming are briefly summarized. The programming part of the course comprises two parts. In the first part, the topic is fixed: Students individually develop an object-oriented finite element program for the linear analysis of spatial truss structures. The program is verified by means of the static analysis of a representative benchmark and afterwards applied for the numerical analysis of an individually designed spatial truss structure. In the second part, students can choose between different options. Either, the application developed in the first part is extended to more challenging problems (nonlinear analysis, other element types, etc.) or students switch to an existing object-oriented finite element package (e.g. Kratos) and develop an extension of that software.
CE-WP11 - Dynamic of Structures
Finite Element Methods in Linear Structural Mechanics (CE-P05)
Prof. Dr. techn. G. Meschke, Dr.-Ing. J.J. Timothy
Term: 3. Semester, Winter term Credit points: 3
Description:
  • Basics of Structural Dynamics: - Modelling of structures as single- and multi-degree-of-freedom systems - Statistical description of random vibrations - Spectral method for stationary broad-banded excitation mechanisms, especially for wind excitation - Response spectrum method for earthquake loading
Dynamics and Adaptronics Mechanics (CE-WP03)
Prof. Dr.-Ing. R. Höffer
Term: 3. Semester, Winter term Credit points: 3
Description:
  • Linear Computational Structural Dynamics: - Basics of linear Elastodynamics and Finite Element Methods in Structural Dynamics - Explicit and implicit integration methods with emphasis on generalized Newmark-methods - Accuracy, stability and numerical dissipation - Overview on Finite Element Methods for modal analyses - Computer lab: Implementation of algorithms into Finite Element programs
Modul PG04 - Tragwerksanalysen
Lineare Finite-Elemente-Methoden
Prof. Dr. techn. G. Meschke, P. Edler
1. Semester, Winter Leistungspunkte: 4,5
Description:
  • Aufbauend auf den Grundgleichungen und dem Prinzip der virtuellen Arbeit werden isoparametrische Finite Elemente (Fachwerkstäbe, Scheibenelemente, dreidimensionale Volumenelemente) für die Anwendung in Statik und Dynamik entwickelt. Besonderer Wert wird auf die konsistente Erläuterung der theoretischen Grundgrundlagen (Grundgleichungen, Variationsprinzip) und die einheitliche geschlossene Formulierung gelegt. Weitere Schwerpunkte bilden der Zusammenbau der Elemente zur diskretisierten Struktur sowie die Lösung der statischen und dynamischen Strukturgleichung. Im Zusammenhang mit Scheibenelementen werden die dabei häufig auftretenden Versteifungseffekte („Locking“) und deren Vermeidung diskutiert. Die Vorlesung wird durch Übungen ergänzt, in denen die grundlegende Vorgehensweise zur FE-Diskretisierung - von der lokalen Bilanzgleichung bis hin zum Finiten Element verdeutlicht wird. Danach liegt der Schwerpunkt auf Übungen zur Lösung statischer Problemstellungen mit den in der Vorlesung entwickelten Finiten Elementen.
Angewandte Finite-Elemente-Methoden
Prof. Dr. techn. G. Meschke, B.T. Cao, Dr.-Ing. T.S. Dang, G. Neu, R.J. Williams Moises
1. Semester, Winter Leistungspunkte: 1,5
Description:
  • In dem Seminar wird der praktische Umgang mit kommerzieller Finite-Elemente-Software behandelt. Dabei wird neben den Methoden der Modellierung vor allem auf die möglichen Fehlerquellen bei der Modellierung und auf die kritische Interpretation der Berechnungsergebnisse eingegangen. In einer Semesterarbeit erstellen die Studierenden individuelle FE-Modelle und interpretieren ihre Berechnungsergebnisse.
Einwirkungen auf Tragwerke und Sicherheitskonzepte
Prof. Dr.-Ing. R. Höffer, Assistenten
1. Semester, Winter Leistungspunkte: 3
Description:
  • Gegenstand der Vorlesung sind die Einwirkungen auf Tragwerke, welche als Eigengewichts-, Nutz- und Betriebslasten und aus Umwelt - einschließlich Baugrundeinwirkungen zur Auslegung der Tragwerke - herangezogen werden. Dabei werden äußere Lasten im statischen Sinne, aber auch Beanspruchungen aufgrund der Reaktion des Tragwerks auf dynamische Einwirkungen (Schwingungs- und Trägheitskräfte) behandelt. Als Grundlage der Einwirkungsbeschreibung dient das Sicherheitskonzept der DIN EN 1990, welches mit Teilsicherheitsbeiwerten für die Lastfälle und Kombinationsbeiwerten für die Überlagerungen bei den Nachweisen der Tragsicherheit, Gebrauchsfähigkeit und Dauerhaftigkeit arbeitet. Dahinter steht die Aufbereitung eines probabilistischen Verfahrens erster Ordnung (first order reliability method) für die bautechnische Anwendung. Grundsätzliche Konzepte der Zuverlässigkeitstheorie, wie die Betrachtung der Versagens-wahrscheinlichkeit im Einwirkungs- und Widerstandsraum, Sicherheitszonen und Sicherheitsindex werden eingeführt. Die in Fachnormen, Fachberichten und Richtlinien enthaltenen bauweisespezifischen Regelungen und Bezüge zu den Eurocodes werden auszugsweise dargestellt. Dabei werden die Einführung von Normen im Geltungsbereich der Landesbauordnungen und der Weg der bauaufsichtlichen Zustimmung zu Sonderlastannahmen sowie die Verwendung experimentell bestimmter Einwirkungen besprochen. Die Vorlesung wird durch zahlreiche Anwendungen und Beispiele ergänzt.
Modul PG06 - Geotechnik
Lineare Finite-Elemente-Methoden
Prof. Dr. techn. G. Meschke, P. Edler
1. Semester, Winter Leistungspunkte: 4,5
Description:
  • Aufbauend auf den Grundgleichungen und dem Prinzip der virtuellen Arbeit werden isoparametrische Finite Elemente (Fachwerkstäbe, Balkenelemente, dreidimensionale Volumenelemente) für die Anwendung in Statik und Dynamik entwickelt. Besonderer Wert wird auf die konsistente Erläuterung der theoretischen Grundgrundlagen (Grundgleichungen, Variationsprinzipe) und die einheitliche geschlossene Formulierung gelegt. Weitere Schwerpunkte bilden der Zusammenbau der Elemente zur diskretisierten Struktur sowie die Lösung der statischen und dynamischen Strukturgleichung.Im Zusammenhang mit Balkenelementen werden die dabei häufig auftretenden Versteifungseffekte („Locking“) und deren Vermeidung diskutiert. Die Vorlesung wird durch Übungen ergänzt, in denen die grundlegende Vorgehensweise zur FEM Diskretisierung - von der lokalen Bilanzgleichung bis hin zum Finiten Element - anhand des stationären Wärmeleitproblems verdeutlicht wird. Danach liegt der Schwerpunkt auf Übungen zur Lösung statischer Problemstellungen mit den in der Vorlesung entwickelten Finiten Elementen.
Berechnungsmethoden in der Geotechnik
Dr.-Ing. D. König, Assistenten
1. Semester, Winter Leistungspunkte: 4,5
Description:
  • Zunächst werden Bruchkörpermethoden zusammen mit den Schrankentheoremen für ebene Systeme vorgestellt. Anschließend wird auf räumliche Systeme, besonders die Berechnung des räumlichen Erddrucks, eingegangen. Fragestellungen der Verformungsabhängigkeit auch des Erdwiderstandes werden diskutiert. Mit den erlernten Techniken werden Standsicherheiten für Geländesprünge mit unterschiedlichen Sicherungsmaßnahmen berechnet und Erddrücke auf komplexere Bauwerke berechnet. Im zweiten Teil wird die Problematik des Bettungsmodulverfahrens im Grundbau erläutert und die interaktiven Methoden zur Ermittlung des Bettungsmoduls für unterschiedliche Bauwerks- oder Bauteilgeometrien werden vorgestellt. Die Methoden werden auf die Berechnung von Flächengründungen unter Einbeziehung üblicher Computerprogramme angewendet. Weiterhin werden die erlernten Techniken auf die Verbauwandberechnung angewendet.
Modul PG09 - Finite-Elemente Methoden
Lineare Finite-Elemente-Methoden
Prof. Dr. techn. G. Meschke, P. Edler
1. Semster, Winter Leistungspunkte: 4,5
Description:
  • Aufbauend auf den Grundgleichungen und dem Prinzip der virtuellen Arbeit werden isoparametrische Finite Elemente (Fachwerkstäbe, Scheibenelemente, dreidimensionale Volumenelemente) für die Anwendung in Statik und Dynamik entwickelt. Besonderer Wert wird auf die konsistente Erläuterung der theoretischen Grundgrundlagen (Grundgleichungen, Variationsprinzip) und die einheitliche geschlossene Formulierung gelegt. Weitere Schwerpunkte bilden der Zusammenbau der Elemente zur diskretisierten Struktur sowie die Lösung der statischen und dynamischen Strukturgleichung. Im Zusammenhang mit Scheibenelementen werden die dabei häufig auftretenden Versteifungseffekte („Locking“) und deren Vermeidung diskutiert. Die Vorlesung wird durch Übungen ergänzt, in denen die grundlegende Vorgehensweise zur FE-Diskretisierung - von der lokalen Bilanzgleichung bis hin zum Finiten Element verdeutlicht wird. Danach liegt der Schwerpunkt auf Übungen zur Lösung statischer Problemstellungen mit den in der Vorlesung entwickelten finiten Elementen.
Angewandte Finite-Elemente-Methoden
Prof. Dr. techn. G. Meschke, B.T. Cao, Dr.-Ing. T.S. Dang, G. Neu, R.J. Williams Moises
1. Semster, Winter Leistungspunkte: 1,5
Description:
  • In dem Seminar wird der praktische Umgang mit kommerzieller Finite-Elemente-Software behandelt. Dabei wird neben den Methoden der Modellierung vor allem auf die möglichen Fehlerquellen bei der Modellierung und auf die kritische Interpretation der Berechnungsergebnisse eingegangen. In einer Semesterarbeit erstellen die Studierenden individuelle FE-Modelle und interpretieren ihre Berechnungsergebnisse.
Erweiterte Finite-Elemente-Methoden
Prof. Dr. techn. G. Meschke, J. Reinold, V. Gudzulic
1. Semster, Winter Leistungspunkte: 3
Description:
  • Aufbauend auf den Grundgleichungen und dem Prinzip der virtuellen Arbeit werden isoparametrische Finite Elemente (Fachwerkstäbe, Scheibenelemente, dreidimensionale Volumenelemente) für die Anwendung in Statik und Dynamik entwickelt. Besonderer Wert wird auf die konsistente Erläuterung der theoretischen Grundgrundlagen (Grundgleichungen, Variationsprinzip) und die einheitliche geschlossene Formulierung gelegt. Weitere Schwerpunkte bilden der Zusammenbau der Elemente zur diskretisierten Struktur sowie die Lösung der statischen und dynamischen Strukturgleichung. Im Zusammenhang mit Scheibenelementen werden die dabei häufig auftretenden Versteifungseffekte („Locking“) und deren Vermeidung diskutiert. Die Vorlesung wird durch Übungen ergänzt, in denen die grundlegende Vorgehensweise zur FE-Diskretisierung - von der lokalen Bilanzgleichung bis hin zum Finiten Element verdeutlicht wird. Danach liegt der Schwerpunkt auf Übungen zur Lösung statischer Problemstellungen mit den in der Vorlesung entwickelten Finiten Elementen.
Modul PG10 - Modul Strukturdynamik
Grundlagen der Tragwerksdynamik
Prof. Dr.-Ing. R. Höffer, Assistenten
1. Semester, Winter Leistungspunkte: 3
Description:
  • - Tragwerksmodellierung als Ein- und Mehrmassenschwinger, Modale Analyse - Statistische Beschreibung von Zufallsschwingungen - Spektralmethode für breitbandige Anregungen, insb. Winderregung - Methode der Antwortspektren für Erdbebeneinwirkungen
Finite-Elemente-Methoden in der linearen Strukturdynamik
Prof. Dr. techn. G. Meschke, S. Butt, Dr.-Ing. J.J. Timothy
1. Semester, Winter Leistungspunkte: 2
Description:
  • - Grundgleichungen der linearen Elastodynamik, Grundlagen der Finite Elemente Methoden in der Strukturdynamik - Explizite und implizite Integrationsverfahren mit Schwerpunkt auf verallgemeinerten Newmark-Verfahren - Genauigkeit, Stabilität und Dämpfungseigenschaften - Umsetzung der Algorithmen im Rahmen eines FE-Programms im Rahmen von Computerübungen
Seminar zur versuchsgestützten Schwingungsanalyse von Tragstrukturen
Prof. Dr. T. Nestorovic, Prof. Dr.-Ing. R. Höffer, Prof. Dr. techn. G. Meschke, Assistenten
Jedes Wintersemester Leistungspunkte: 3
Description:
  • - Laborexperiment - Experiment an einem ausgeführten Bauteil - Messdatenerzeugung und -erfassung unter Anleitung - Datenbehandlung unter Verwendung einfacher Signalverarbeitungsmethoden - Identifikation der Modalparameter - Antwortberechnung für die identifizierte Struktur unter Ansatz geeigneter Lastfunktionen, (a) durch numerische Integration im Zeitbereich, (b) im Frequenzbereich durch Modalanalyse
Modul W34 - Tragwerksanalyse mit unscharfen Daten
Tragwerksanalyse mit unscharfen Daten
Dr. Steffen Freitag
2. Semester, Sommer Leistungspunkte: 3
Description:
  • Zur Beschreibung von Daten-und Modellunschärfe werden verschiedene Unschärfemodelle vorgestellt. Mathematische Grundlage des Rechnens mit unscharfen Größen bilden analytische Verfahren. Der Schwerpunkt wird auf numerische Berechnungsverfahren gelegt, die beispielsweise bei Tragwerksanalysen auf Basis von Finite-Elemente-Methoden angewendet werden können. Um Rechenzeiten zu verringern, werden Vorgehensweisen zur Erstellung numerisch effizienter Ersatzmodelle gezeigt. In der Lehrveranstaltung werden Anwendungsmöglichkeiten für Tragwerksanalysen mit unscharfen Daten diskutiert.
Modul W35 - Recent Advances in Numerical Modelling and Simulation
Recent Advances in Numerical Modelling and Simulation
Prof. Dr. techn. G. Meschke, H.G. Bui
2. Semester, Sommer Leistungspunkte: 2
Description:
  • In der Lehrveranstaltung werden in einzelnen thematischen Modulen aktuelle Forschungsthemen aus dem Bereich der numerischen Modellierung und Simulation in der Strukturmechanik vorgestellt. Dabei werden in kompakter Form für jedes Thema die theoretischen Grundlagen, die spezifischen numerischen Methoden und Algorithmen sowie ausgewählte Anwendungsbeispiele erläutert. Die Themenpalette wird je nach Relevanz aktueller Forschungsthemen laufend angepasst. Sie umfasst beipielsweise neuartige numerische Methoden, wie z.B. die Extended Finite Element Method, Phasenfeldmethoden oder Discrete Element Methods, z.B. für Analysen von Bruch- und Fragmentierungsprozessen, gekoppelte (thermomechanische, hydromechanische oder chemomechanische) Mehrphasenmodelle, z.B. für Analysen von Grundwasserströmungen, Dauerhaftigkeitsanalysen, Mehrskalenmodelle (z.B. für Faserverbundwerkstoffe), effiziente Methoden für strömungsmechanische Simulationen (Computational Fluid Mechancis), Methoden zur Strukturoptimierung oder aktuelle Entwicklungen im High Performance Computing. Je nach Themenstellung werden Gastvorträge eingebunden.
Modul W39 - Objektorientierte Modellierung und Programmierung der Finite-Elemente-Methode
Objektorientierte Modellierung und Programmierung der Finite-Elemente-Methode
Prof. Dr. techn. G. Meschke, H.G. Bui, Prof. Dr.-Ing. Baitsch
2. Semester, Sommer Leistungspunkte: 4
Description:
  • Das Seminar verbindet die Theorie der Finite-Elemente-Methode (FEM) mit objektorientieren Programmierkonzepten. Die bekannten theoretischen Grundlagen der FEM werden von den Studierenden eigenständig in einem selber zu entwickelnden Computerprogramm zur Berechnung räumlicher Stabtragwerke umgesetzt. Dabei gewinnen Studierende vertiefte Einblicke in wesentliche Aspekte der Implementierung der FEM als auch in die Möglichkeiten, die sich aus der Nutzung objektorientierter Programmierparadigmen für die Umsetzung numerischer Verfahren ergeben. In der Lehrveranstaltung werden zu Beginn die wichtigsten Grundlagen der FEM und der objektorientierten Programmierung kurz zusammengefasst. Die anschließende Projektarbeit bildet den Schwerpunkt des Kurses und umfasst zwei Teile. Das Thema des ersten Teils ist festgelegt: Die Studierenden entwickeln selbstständig ein objektorientiertes FE-Programm zur linearen statischen Analyse räumlicher Stabtragwerke. Das Programm wird mittels eines repräsentativen Benchmarkproblems verifiziert und dann zur Analyse einer eigenen Tragstruktur eingesetzt, die entweder selber entworfen wird oder sich an einem existierenden Bauwerk orientieren kann. Im zweiten Teil können Studierende entweder ihr im ersten Teil entwickeltes Programm erweitern und auf anspruchsvollere Problemstellungen anwenden (nichtlineare Berechnung, weitere Elementtypen, etc.). Alternativ besteht die Möglichkeit, im zweiten Aufgabenteil ein existierendes objektorientiertes FE-Programm, z.B. Kratos, um zusätzliche Materialmodelle oder Elementformulierungen zu erweitern.
Modul WP05 - Finite Elemente Methoden für nichtlineare Strukturanalysen
Finite Elemente Methoden für materiell nichtlineare Strukturanalysen
Prof. Dr. techn. G. Meschke
2. Semester, Sommer Leistungspunkte: 1,5
Description:
  • Die wesentlichen Aspekte der Vorlesung sind die Formulierung und die Finite Elemente Diskretisierung der Grundgleichungen materiell und geometrisch nichtlinearer Strukturmechanik, die Entwicklung von Algorithmen zur Lösung der entstehenden nichtlinearen Material- und Strukturgleichungen sowie deren Anwendung zur Analyse des Verhaltens von Tragwerken unter Berücksichtigung von Schädigung bzw. Plastizierung des Materials sowie großer Verformungen. Die Berücksichtigung nichtlinearen Materialverhaltens wird am Beispiel einfacher elastoplastischer Modelle für Stahl bzw. Böden sowie von Schädigungsmodellen für spröde Werkstoffe wie Beton gezeigt. Im Vordergrund steht dabei die algorithmische Aufbereitung und Lösung der nichtlinearen Werkstoffgleichungen.
Finite Elemente Methoden für geometrisch nichtlineare Strukturanalysen
Prof. Dr. techn. G. Meschke
2. Semester, Winter Leistungspunkte: 1,5
Description:
  • Die Entwicklung geometrisch nichtlinearer finiter Elemente sowie leistungsfähiger Algorithmen zur Lösung nichtlinearer Strukturgleichungen bilden die Grundlage zur Modul Finite Elemente Methoden für nichtlineare Strukturanalysen (WP05) Analyse geometrisch nichtlinearen Strukturverhaltens und damit zur Ermittlung der Traglast stabilitätsgefährdeter Tragwerke. In den Übungen steht in einem Abschnitt die algorithmisch effiziente Umsetzung von Plastizitäts- und Schädigungsmodellen im Rahmen von Finite Elemente Programmen im Vordergrund. In einem zweiten Abschnitt stehen Algorithmen für nichtlineare Strukturanalysen hochbeanspruchter, stark deformierter und schlanken, stabilitätsgefährdeten Strukturen im Vordergrund.
Übung und Seminar: nichtlineare Strukturanalysen im Ingenieurbau
Prof. Dr. techn. G. Meschke, T. Iskhakov
2. Semester, Winter Leistungspunkte: 3
Description:
  • Ein separater, anwendungsbezogener Teil in Seminarform ist nichtlinearen Tragwerksanalysen gewidmet. Dabei sollen die Studierenden Finite Elemente Modelle von Tragwerken erstellen und nichtlineare Berechnung mit Hilfe eines am Lehrstuhl verfügbaren Finite Elemente Programms sowie die Auswertung der Ergebnisse selbständig durchführen. Die Ergebnisse der Semesterarbeiten werden im Rahmen von Seminarveranstaltungen von den Studierenden präsentiert und diskutiert.
Modul WP06 - Dynamik der Tragwerke
Grundlagen der Tragwerksdynamik
Prof. Dr.-Ing. R. Höffer, Assistenten
3. Semester, Winter Leistungspunkte: 3
Description:
  • -Tragwerksmodellierung als Ein- und Mehrmassenschwinger, Modale Analyse - Statistische Beschreibung von Zufallsschwingungen - Spektralmethode für breitbandige Anregungen, insb. Winderregung - Methode der Antwortspektren für Erdbebeneinwirkungen
Finite-Elemente-Methoden in der linearen Strukturdynamik
Prof. Dr. techn. G. Meschke, S. Butt, Dr.-Ing. J.J. Timothy
3. Semester, Winter Leistungspunkte: 3
Description:
  • - Grundgleichungen der linearen Elastodynamik, Grundlagen der Finite Elemente Methoden in der Strukturdynamik - Explizite und implizite Integrationsverfahren mit Schwerpunkt auf verallgemeinerten Newmark-Verfahren - Genauigkeit, Stabilität und Dämpfungseigenschaften - Gleichungslöser für Eigenwertprobleme - Umsetzung der Algorithmen im Rahmen eines FE-Programms im Rahmen von Computerübungen
Modul WP24 - Numerische Simulationen im Grund- und Tunnelbau
Numerische Simulation im Tunnelbau
Prof. Dr. techn. G. Meschke, A. Marwan
2. Semester, Sommer Leistungspunkte: 3
Description:
  • Zunächst werden grundsätzliche Aspekte der numerischen Modellierung von Tunnelbauproblemen erläutert. Anhand der Modellierung eines konventionellen Tunnelvortriebs in 3D werden dann die praktische Anwendung von FE-Softwareumgebungen und die automatisierte, parametergesteuerte Erzeugung von komplexen Modellen erlernt.
Numerik in der Geotechnik
Dr. Arash Lavasan, Assistenten
2. Semester, Sommer Leistungspunkte: 3
Description:
  • Aufbauend auf den Grundlagen der Bodenmechanik und des Grundbaus werden zunächst wesentliche Prinzipien der Konstitutivbeschreibung von Böden erläutert. Anschließend wird die Umsetzung der Konstitutivbeschreibung in der numerischen Modellierung mit der Methode der finiten Elemente vorgestellt und anhand von Beispielen aufgezeigt.
Modul WP45 - Materialmodelle für Geomaterialien
Finite Elemente Methoden für elasto-plastische Stoffgesetze
Prof. Dr. techn. G. Meschke, Dr.-Ing. A. Alsahly
2. Semester, Sommer Leistungspunkte: 3
Description:
  • Grundlagen der Plastizitätstheorie, ausgewählte Fliesskriterien sowie Verfestigungsgesetze für metallische Werkstoffe, geotechnische Materialien (Tone, Sande), Finite Elemente Formulierung.
Stoffgesetze für Geomaterialien
Dr. Arash Lavasan, Assistenten
2. Semester, Sommer Leistungspunkte: 3
Description:
  • Aufbauend auf dem Modul WP 24 (Numerische Simulation in Grund und Tunnelbau) werden Stoffgesetze für Geomaterialien in numerischen Modellierungen mit der Methode der finiten Elemente praktisch eingesetzt und der Einfluss der Eigenschaften der verschiedenen Modelle auf die Berechnungsergebnisse aufgezeigt.
Modul 11 - Statik und Tragwerkslehre A
Baustatik 1
Prof. Dr. techn. G. Meschke, V. Gall, G. Neu, Dr.-Ing. M. Hofmann
3. Semester, Winter Leistungspunkte: 5
Description:
  • Der erste Teil der Lehrveranstaltung ist den Grundlagen des baustatischen Entwurfsprozesses sowie der Beschreibung prinzipieller Wirkungsweisen von Tragstrukturen (Balken- und Plattentragwerke) gewidmet. Im zweiten Teil werden die Theorie der Stabtragwerke für ebene und räumliche schubstarre und schubweiche Stabelemente, Energieprinzipien, und Methoden zur Berechnung von Zustandslinien statisch bestimmter und unbestimmter Systeme mittels des Kraftgrößenverfahrens behandelt. Die Vorlesung wird durch Übungen ergänzt, in denen anhand illustrativer Beispiele die notwendigen Handfertigkeiten bei der Lösung baustatischer Probleme geschult werden. In der Semesterarbeit „Tragwerksanalyse“ werden Tragwerke und ihre Beanspruchungen gesamtheitlich erfasst und analysiert. In Hausarbeiten werden zudem die Grundlagen für ein selbstständiges Lösen baustatischer Problemstellungen gelegt, die für den erfolgreichen Abschluss des Moduls erforderlich sind.