Fakultät Maschinenbau
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Datenerfassung für die Anwendung lernender Algorithmen bei der Herstellung von Blechformteilen
(2020)
Der industrielle Fertigungsprozess von Blechformteilen unterliegt dem Einfluss einer Vielzahl von Parameterschwankungen, die das Umformergebnis signifikant mitbestimmen. Daher treten Qualitätsprobleme scheinbar zufällig auf und verursachen Ausschuss und einen Verlust an Produktivität. Ein vielversprechendes Mittel zur Verbesserung derartiger Prozesse ist der Einsatz von Datenanalysen und lernenden Algorithmen, die jedoch eine große Datenmenge voraussetzten. Bisher fehlten die Datenbasis und geeignete Möglichkeiten zur Datenerfassung für den Einsatz dieser Methoden.
In dieser Arbeit wurde eine allgemeingültige und übertragbare Methode zur Erfassung und Speicherung relevanter Einfluss- und Ergebnisgrößen des Herstellprozesses von Blechformteilen entwickelt. Die Methode und die resultierenden Daten sind die Grundlage für die Analyse von Zusammenhängen im Prozess, die Vorhersage der Qualität durch maschinelles Lernen und die Berechnung geeigneter Maschineneinstellungen. Diese Anwendungen wurden in der Arbeit erprobt und die Ergebnisse bewertet. Dadurch konnten die Funktionalität der Datenerfassung und die erwarteten Potentiale bestätigt werden.
Festigkeits- und zeitoptimierte Prozessführung beim quasi-simultanen Laser-Durchstrahlschweißen
(2022)
Mit Blick auf Leichtbauanwendungen ist der Bedarf an thermoplastischen Strukturbauteilen sowohl in der Automobil- als auch in der Luftfahrtindustrie in den letzten Jahren deutlich angestiegen. Das quasi-simultane Laser-Durchstrahlschweißen ist ein etabliertes Kunststoffschweißverfahren, welches jedoch zur Herstellung von tragenden und sicherheitsrelevanten Bauteilen bislang kaum in Betracht gezogen wird. In der vorliegenden Arbeit wird die Korrelation zwischen dem Prozessablauf und der Schweißnahtfestigkeit beim quasi-simultanen Laser-Durchstrahlschweißen von Polyamid 6 (Ultramid B3s) erstmalig untersucht. Zur Prozessanalyse wird ein 3D-Scanner mit integriertem Pyrometer realisiert und für die Messaufgabe kalibriert. Es wird gezeigt, dass die detektierte Wärmestrahlung dem Kern der Schweißnaht zuzuordnen ist. Die Kerntemperatur in der quasi-stationären Prozessphase steht in direkter Korrelation mit der Schweißnahtfestigkeit. Mit steigender Kerntemperatur bzw. Molekülbeweglichkeit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Molekül-Verschlaufungen in der Fügeebene. Zur Ermittlung der Kerntemperatur ist sowohl die in dieser Arbeit entwickelte Temperaturmesstechnik als auch die realisierte numerische Prozesssimulation nutzbar. Die Erkenntnisse in dieser Arbeit sind für eine festigkeits- und zeitoptimierten Prozessführung des quasi-simultanen Laser-Durchstrahlschweißens nutzbar.
Mechanical surface treatments such as deep rolling or laser-shock peening can markedly affect the cyclic performance of light-weight alloys, especially if significant thick work hardened surface regions are induced. At room temperature, the cyclic deformation behaviour is strongly influenced by the nature of the induced near-surface microstructures provided that they remain stable during fatigue loading. At elevated temperatures, the stability of near-surface work hardening and local microstructures plays an even more important role since the process-induced residual compressive stresses are likely to anneal out partially or completely. This overview illustrates to what extent deep rolling can effect the cyclic performance of various wrought light alloys being fatigue loaded in stress control at ambient and elevated temperatures.
Dieses Lehr- und Übungsbuch vermittelt auf anschauliche Weise die Methoden der Mehrkörpersimulation und verdeutlicht deren Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung anhand konkreter Beispiele. Die einzelnen Methoden werden durch Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlicht, wobei die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper die Schwerpunkte bilden. Die vorliegende Auflage wurde unter anderem um Matlab-Live-Skripte erweitert, welche kleine Animationen zur Veranschaulichung der Dynamik der Probleme enthalten. Die Lösungen zu den Übungsbeispielen und die integrierten Matlab-Skripte sowie weitere Beispiele und Anwendungen stehen über QR-Codes zum Download zur Verfügung und ermöglichen dadurch auch ein effizientes Selbststudium.
Einsatz von Routenzugsystemen zur Produktionsversorgung : Studie zu Planung Steuerung und Betrieb
(2017)
This book proposes a radically new approach for characterizing thermophysical and mechanical properties of zeolite-based adsorbent coatings for Adsorptive Heat Transformers (AHT). It presents a developed standard protocol for the complete characterization of advanced coated adsorbers. Providing an in-depth analysis of the different procedures necessary for evaluating the performance of adsorbers, it also presents an analysis of their stability under the hydrothermal and mechanical stresses during their entire life cycle. Adsorptive Heat Transformers (AHT), especially adsorption chillers and heat pumps, are considered to be promising technologies to increase thermal energy efficiency. Nevertheless, an overall increase in performance of this apparatus is necessary for them to be considered a mature technology to be used commercially. Development of innovative coated adsorbers can be perceived as a key issue for the enhancement of AHT technology. This procedure relies on the deposition, either by means of a binder or by direct crystallization, of the adsorbent material over a metallic heat exchanger, aiming at the improvement of the heat transfer between the external heat source and the adsorbent itself. This book offers a valuable resource to those working on the development of novel adsorbent materials and advanced adsorbent beds for heating and cooling applications. It is also intended for researchers interested in renewable energy and energy efficiency.
Dieses Lehrbuch vermittelt nicht nur Grundlagen, sondern stellt auch die Methoden der Mehrkörpersimulation anschaulich dar und erläutert an einfachen Beispielen die Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung. In den Text integrierte Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlichen die einzelnen Methoden und ermöglichen es, Aufwand und Problematik bei der Umsetzung der Theorie innerhalb von Simulationsprogrammen einzuschätzen. Die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper bilden dabei die Schwerpunkte. Konkret behandelte Beispiele sind die Eigendynamik eines Traktors mit gefederter Vorderachse, das Rotorblatt eines Hubschraubers sowie die Vorderachse eines Pkws. Die entsprechenden Matlab-Skripte und Lösungen zu den Übungsaufgaben können auf der Springer-Homepage beim Buch heruntergeladen werden. Der Inhalt Dynamik des starren Körpers - Bewegungsgleichungen - Starre Körper mit elastischen und kinematischen Verbindungselementen - Integrationsverfahren - Rekursiver Algorithmus - Differential-Algebraische Gleichungen - Analyse von Mehrkörpersystemen - Anwendungs- und Übungsbeispiele aus der Technik Die Zielgruppen Studenten des Maschinenbaus, der Elektrotechnik und Mechatronik sowie der Biomechanik an Hochschulen und Universitäten Ingenieure in der Praxis, die sich mit Fragestellungen der Mehrkörpersimulation (MKS) befassen Entwickler aus der Kfz-Technik sowie Fachleute aus F+E Die Autoren Dr.-Ing. Georg Rill ist Professor mit den Lehrgebieten Technische Mechanik, Ingenieurinformatik, Fahrdynamik, Mehrkörperdynamik sowie Laborleiter Fahrdynamik. Dr.-Ing. Thomas Schaeffer ist Professor mit den Lehrgebieten Konstruktion, CAD, Maschinenelemente und Getriebetechnik, Mehrkörpersysteme und Bewegungstechnik sowie Laborleiter Mehrkörpersimulation, beide an der Ostbayerischen Technischen Hochschule (OTH) Regensburg.
Bewegungstechnik
(2022)
Das optimale Bewegungssystem - Probleme der Bewegungstechnik systematisch und praxisorientiert lösen! Ein umfassender Überblick über alle wesentlichen Arbeitsschritte zum Lösen von Bewegungsaufgaben, die zu den alltäglichen Problemstellungen eines Produktentwicklers gehören. Das Konzipieren und Konstruieren von Bewegungssystemen von Maschinen, Geräten und Vorrichtungen, in denen Arbeitsorgane, Werkzeuge, Werkstücke oder Verarbeitungsgut bestimmte Bewegungen auszuführen haben, prägt entscheidend das Gesamtverhalten der Maschine. Aus diesem Grund ist eine systematische, moderne und vor allem praxisorientierte Lösung dieser Aufgaben von großer Bedeutung für den Produktentwickler. Das Lehrbuch bespricht alle dafür wesentlichen Themenbereiche und vermittelt die jeweiligen Arbeitsschritte in anschaulicher Weise beispielhaft und praxisnah unter Nutzung allgemeingültiger, effektiver Methoden und Verfahren. Dabei richtet sich das Buch sowohl an Studierende technischer Studiengänge als auch an Praktiker, Techniker und Ingenieure aus der Industrie. Diverse Beispiele und Übungsaufgaben zum Selbststudium unterstützen dabei den Lernprozess und das Verständnis der Thematik.
Dieses Buch beschreibt bewährte, praxistaugliche Methoden zur Planung innerbetrieblicher Transportsysteme. Der Fokus liegt auf den wesentlichen Systemen und Förderfahrzeugen, die derzeit in der Industrie eingesetzt werden: Gabelstapler, fahrerlose Transportfahrzeuge, Routenzüge und Elektrohängebahnen. Neben einer Beschreibung relevanter Systemelemente und Gestaltungsmöglichkeiten liefert das Buch Empfehlungen zur Auswahl eines geeigneten Systems entsprechend der individuellen Anforderungen. Planungsschritte von der Erhebung von Plandaten bis zur Umsetzung werden vorgestellt. Methoden, die bei Planungsentscheidungen wie der Bestimmung der Anzahl benötigter Fahrzeuge helfen, sind detailliert beschrieben; ihre Anwendung wird anhand von Fallbeispielen demonstriert. Do's and Dont’s, basierend auf Erfahrungen von Praktikern und Wissenschaftlern, tragen dazu bei, Planungsfehler zu vermeiden.
Das Buch wendet sich an Planer und Betreiber derartiger Systeme, Studierende einschlägiger Studienfächer bekommen einen vertieften Einblick in die Umsetzung der Methoden.
Lineare und nichtlineare FEM
(2017)
Dieses Lehrbuch bringt im ersten Teil leicht verständlich die Merkmale und Eigenschaften linearer finiter Elemente aus dem Bereich der Elastostatik und Dynamik und erläutert Vorgehensweisen bei der Erstellung von Simulationsmodellen. Im zweiten Teil liegt der Schwerpunkt auf nichtlinearen zeitabhängigen Vorgängen und Lösungsverfahren. Praxisbeispiele aus der Umformtechnik werden anschaulich mit der Software LS-DYNA® gelöst. Der Fokus liegt auf einer Erklärung der Zusammenhänge, die für Anwender kommerzieller Software notwendig sind. Theoretische Grundlagen werden in dem Umfang dargestellt, der für das Verständnis der Benutzung eines Programms notwendig ist.
Dieses Lehrbuch stellt die Methoden der Mehrkörpersimulation anschaulich dar und erläutert an einfachen Beispielen die Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung. In den Text integrierte Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlichen die einzelnen Methoden. Die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper bilden dabei die Schwerpunkte. Konkrete Beispiele beinhalten die Eigendynamik eines Traktors mit Vorderachsfederung, das Hubschrauberrotorblatt sowie eine Pkw- Vorderachse. Die entsprechenden Matlab-Skripte und Lösungen zu den Übungsaufgaben können auf der Springer-Homepage beim Buch heruntergeladen werden. Neu aufgenommen wurden SparseMatrix Operationen sowie ein Beispiel zu einfach geschlossenen kinematischen Schleifen.
Zünd- und Brennverhalten von Pflanzenölkraftstoff und Übertragung auf einen Motor der Abgasstufe V
(2020)
Durch den Ersatz von Dieselkraftstoff durch Rapsölkraftstoff (R100) können Treibhausgasemissionen reduziert werden. Für einen störungsfreien Betrieb eines Motors mit Rapsölkraftstoff sind jedoch Modifikationen an Motorkomponenten und Motorsteuergerät notwendig, um eine effiziente Verbrennung im Motor zu erreichen.
Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung von Grundlagen zur Auslegung der Motorsteuerung pflanzenöltauglicher Offroad-Motoren mit moderner Abgasnachbehandlung mit anschließender entsprechender Abstimmung der Motorapplikation am Prüfstand. Grundlegende Untersuchungen der physikalischen Prozessabläufe von R100 bei der Einspritzung werden an einem hydraulischen Druckanstiegsanalysator (HDA) und einer Hochdruck-Hochtemperatur-Kammer (HDHT-Kammer) durchgeführt. Unterschiede im Zünd- und Brennverhalten werden in einer Konstantvolumenbrennkammer untersucht. Abschließend werden die Erkenntnisse am Motorenprüfstand auf einen DEUTZ-Motor übertragen, dessen Einspritzsystem auch bei den grundlegenden Untersuchungen verwendet wurde.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Einspritzverhalten von R100 eine höhere Sensitivität gegenüber Kraftstofftemperaturvariationen aufweist als Dieselkraftstoff. Bei niedrigen raftstofftemperaturen sind mit R100 ein längerer Öffnungsverzug und eine geringere Einspritzmenge festzustellen. Um diesen Einfluss bei der Einspritzstrategie zu kompensieren, ist die Kenntnis der Kraftstofftemperatur im Injektor notwendig. Eine weitere Herausforderung stellt die Gemischaufbereitung dar, hier führen unter anderem die höhere Viskosität und höhere Siedetemperaturen von R100 zu einem schmäleren Spritzwinkel und verzögerter Verdampfung im Vergleich zum Dieselkraftstoff. Eine Erhöhung des Einspritzdrucks und höhere Temperaturen und Drücke in der Brennkammer verbessern die Gemischaufbereitung.
Bei Bedingungen von mittlerer und hoher Last ist der Zündverzug von R100 kürzer und das Verbrennungsverhalten ähnlich zum Dieselkraftstoff. Eine geringere Wärmefreisetzung von R100 wird durch den geringeren Heizwert verursacht. Unter Bedingungen von niedriger Last und Motorstart ist ein längerer Zündverzug von R100 im Vergleich zum Dieselkraftstoff festzustellen. Eine Steigerung des Einspritzdrucks und höhere Brennkammerdrücke und -temperaturen führen bei beiden Kraftstoffen zu kürzeren Zündverzügen, der Einfluss dieser Parameter ist jedoch für R100 stärker als für Dieselkraftstoff. Voreinspritzungen führen bei beiden Kraftstoffen zu einer Verkürzung des Zündverzugs der Haupteinspritzung und zu einer geringeren Wärmefreisetzungsrate.
Am Motorprüfstand ist bei gleicher Motorapplikation mit R100 eine geringere Leistung als mit Dieselkraftstoff festzustellen. Nach Angleichung der Motorleistung durch Anhebung der Einspritzmenge von R100 sind im Rohabgas Stickstoffoxid (NOX)- und Kohlenstoffmonoxidemissionen auf gleichem Niveau zu Dieselkraftstoff zu beobachten sowie geringere Partikelemissionen. Unter Verwendung eines DoE Vorgehens kann der Partikel-NOX - trade-off von R100 optimiert und Einstellparameter gefunden werden, in denen sowohl niedrigere NOX als auch niedrigere Partikelemissionen im Vergleich zum Dieselkraftstoff resultieren.
Das installierte Abgasnachbehandlungssystem, bestehend aus einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), Dieselpartikelfilter (DPF) und selektivem katalytischem Reduktionssystem (SCR), arbeitet für beide Kraftstoffe ähnlich und es scheint keine Anpassung der Dosierungsstrategie der wässrigen Harnstofflösung notwendig zu sein. Eine Regeneration des Partikelfilters mit R100 war nach Optimierung der Einstellparameter der Drosselklappe möglich.
Motorkaltstart und Leerlauf sind herausfordernde Betriebsphasen, die für R100 einer weiteren Optimierung bedürfen. Eine Temperierung von R100 im Injektor auf 50–60 °C sowie eine Kompensation der Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur sind mögliche Verbesserungsmaßnahmen. Zudem kann durch einen früheren Einspritzbeginn von R100 das Verbrennungsverhalten angepasst werden. Die Motorprüfstandsuntersuchungen bestätigen qualitativ die Erkenntnisse die mit dem hydraulischen Druckanstiegsanalysator (HDA), der Hochdruck-Hochtemperatur-Kammer (HDHT-Kammer) und der Konstantvolumenbrennkammer gewonnen wurden.
Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die Ergebnisse auf einen baugleichen, in einer mobilen Arbeitsmaschine eingebauten Motor zu transferieren, damit Informationen zur Dauerhaltbarkeit unter realen Bedingungen erhalten werden können. Weiterführende Forschungsarbeiten sind im Bereich der Betriebsphasen des Motorkaltstarts und Leerlaufs mit Rapsölkraftstoff nötig, um einen dauerhaft störungsfreien Betrieb in diesen Betriebsphasen zu erreichen. Die erzielten Erkenntnisse deuten darauf hin, dass hier noch viel Verbesserungspotenzial vorhanden ist.
Lineare und nichtlineare FEM
(2022)
Einführung in die lineare FEM - Mechanische Größen der Strukturmechanik - Mathematische Modellierung über Energieprinzipien - Diskretisierung mit Finiten Elementen - Finite-Elemente-Klassen - Mathematische und numerische Aspekte der FEM - Geometrische Nichtlinearität - Materielle Nichtlinearität - Kontaktmodellierung - Gleichungslösung bei nichtlinearen statischen Problemen - Zeitintegration von nichtlinearen dynamischen Problemen - Blechumformsimulation - Anhang: Mathematische Hilfsmittel - Einführung in die Simulation mit LS-DYNA®
Die Zielgruppen- Studierende aus Bachelor- und Masterstudiengängen der Ingenieurwissenschaften an Hochschulen und Technischen Universitäten - Ingenieure und Techniker
n der oberägyptischen Stadt Edfu, 110 km flussaufwärts von Luxor gelegen, steht der am vollständigsten erhaltene Tempel des Alten Ägyptens. Das dem Horus geweihte Heiligtum wurde 237 v.Chr. unter Ptolemaios III. begonnen und in mehreren Bauphasen fertiggestellt. Als Letztes begann man 116 v.Chr. mit der Hofumfassung und dem monumentalen Pylon, der mit über 32 m Höhe den Tempel und die ihn umgebende Stadt überragt. Die geschlossene Fassade des Torbaus erweckt den Eindruck, dass es sich wie bei den Pylonen des Neuen Reiches um eine massive Konstruktion handelt. Dies hat dazu beigetragen, dass die bisherige Forschung das Innere des Bauwerks unbeachtet gelassen hat. Tatsächlich handelt es sich um ein achtgeschossiges Bauwerk mit zwei Treppenhäusern und 36 Innenräumen.
Ulrike Fauerbach hat das Gebäude erstmals auf seine Architektur hin untersucht und in seinen bautypologischen Kontext eingeordnet. Es handelt sich um den höchsten erhaltenen Geschossbau des Alten Ägyptens und eröffnet allein dadurch neue Einblicke in die Transformationsphase von pharaonischer zu griechischer Bautechnik. Fauerbach kann nachweisen, dass die bis zu 50 t wiegenden Blöcke auf Rampen in die erforderliche Höhe gezogen und mit Hebeln versetzt wurden, obwohl zu dieser Zeit auf anderen Baustellen bereits Kräne eingesetzt wurden. Trotz dieser traditionellen Technik entstand ein Meisterwerk pharaonischer Baukunst, wie die Untersuchung zahlreicher Details, bspw. der Treppen, der Türen, der Belichtung, der Geheimtüren zu den Schatzkammern, der im Gebäude entdeckten Werkzeichnungen und nicht zuletzt der rituellen Nutzung des Bauwerks zeigt.
Dieses Lehrbuch stellt die Methoden der Mehrkörpersimulation anschaulich dar und erläutert an einfachen Beispielen die Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung. In den Text integrierte Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlichen die einzelnen Methoden. Die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper bilden dabei die Schwerpunkte. Konkrete Beispiele beinhalten einen Bungee-Sprung, die Eigendynamik eines Traktors mit Vorderachsfederung, das Hubschrauberrotorblatt sowie eine Pkw-Vorderachse. Die Lösungen zu den Übungsaufgaben und die im Text integrierten Matlab-Beispiele, die zum Teil durch Animationen angereichert sind, sowie zusätzliche Beispiele und Anwendungen stehen auf der Verlagshomepage beim Buch zum Download zur Verfügung und ermöglichen dadurch auch ein effizientes Selbststudium.
Road Vehicle Dynamics
(2020)
Road Vehicle Dynamics: Fundamentals and Modeling with MATLAB®, Second Edition combines coverage of vehicle dynamics concepts with MATLAB v9.4 programming routines and results, along with examples and numerous chapter exercises. Improved and updated, the revised text offers new coverage of active safety systems, rear wheel steering, race car suspension systems, airsprings, four-wheel drive, mechatronics, and other topics. Based on the lead author's extensive lectures, classes, and research activities, this unique text provides readers with insights into the computer-based modeling of automobiles and other ground vehicles. Instructor resources, including problem solutions, are available from the publisher.
Lineare und nichtlineare FEM
(2019)
Einführung in die lineare FEM - Mechanische Größen der Strukturmechanik - Mathematische Modellierung über Energieprinzipien - Diskretisierung mit Finiten Elementen - Finite-Elemente-Klassen - Mathematische und numerische Aspekte der FEM - Geometrische Nichtlinearität - Materielle Nichtlinearität - Kontaktmodellierung - Gleichungslösung bei nichtlinearen statischen Problemen - Zeitintegration von nichtlinearen dynamischen Problemen - Blechumformsimulation - Anhang: Mathematische Hilfsmittel - Einführung in die Simulation mit LS-DYNA®
Die Zielgruppen- Studierende aus Bachelor- und Masterstudiengängen der Ingenieurwissenschaften an Hochschulen und Technischen Universitäten
- Ingenieure und Techniker