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2025 | Buch

Mechanik mit nichtlinearen finiten Elementen

Digitale Lehr- und Lernmethoden

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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch richtet sich an Studierende und Lehrende ingenieurwissenschaftlicher Studiengänge. Es stellt Möglichkeiten der didaktischen Aufbereitung komplexer Zusammenhänge der Mechanik mit digitalen Lehr- und Lernmethoden dar. Dadurch wird exemplarisch gezeigt, wie Lehre in der Technischen Mechanik und darauf aufbauenden Fächern aus Automatisierungstechnik und Maschinenbau praxisorientiert gestaltet werden kann. Als Strukturelemente werden dreidimensionale Fachwerkstäbe, Federn, Balken, Membranen und Schalen mit linearem und nichtlinearem Verhalten verwendet. Es werden statische und dynamische Lösungsalgorithmen sowie Algorithmen zur Modalanalyse schwingungsfähiger Systeme vorgestellt, die durch Formulierungen für Rand- und Koppelbedingungen und Kontakt mit Reibung komplettiert werden. Die verwendeten Beispiele bauen aufeinander auf, wobei die Analyse der mechanischen Systeme schrittweise an Komplexität gewinnt. Sämtliche Simulationen werden mit der frei verfügbaren Software SimLive des Autors durchgeführt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Digitale Lehr- und Lernmethoden
Zusammenfassung
Digitale Lehr- und Lernmethoden nehmen einen immer höheren Stellenwert in der Hochschulbildung ein. Durch den Einsatz digitaler Tools und Technologien können Lehrende ihre Unterrichtsmethoden verbessern und Studierende motivieren, sich aktiv am Lernprozess zu beteiligen. In diesem Kapitel werden Gründe für den Einsatz und damit verbundene Erwartungen an digitale Methoden beschrieben. Außerdem werden Designaspekte von digitalen Tools und Simulation als Lehr- und Lernmethode thematisiert.
David Fritsche
Kapitel 2. Grundlagen aus Mechanik und Simulation
Zusammenfassung
Um mechanische Systeme mit Simulationsmethoden analysieren zu können, müssen zunächst einige prinzipielle Zusammenhänge erläutert werden. Die Unterscheidung zwischen Statik, Quasi-Statik, Dynamik und Kinematik ist erforderlich, um das mechanische Verhalten der Systeme richtig beschreiben zu können. Weiterhin ist die Nichtlinearität in der Mechanik von besonderer Bedeutung für eine Vielzahl praktischer Anwendungen in der Technik. Aus dem Bereich Simulation werden einige grundlegende Konzepte dargestellt, um später bei den Anwendungen auf diese zurückgreifen zu können.
David Fritsche
Kapitel 3. Verwendete Finite-Elemente-Formulierungen
Zusammenfassung
Alle Elementtypen werden mit der zugehörigen linearen und nichtlinearen Steifigkeitsmatrix sowie der Massenmatrix beschrieben. Die nichtlinearen Formulierungen beruhen dabei jeweils auf ko-rotierenden Bezugssystemen [Bel00, Zie00]. Damit können große Verschiebungen und Verdrehungen abgebildet werden. Die Deformation ist dabei jeweils elastisch.
David Fritsche
Kapitel 4. Anwendungsbeispiele
Zusammenfassung
Es folgen einige exemplarische Anwendungsfälle aus dem Bereich der Mechanik, die in Lehr-/Lernszenarien verwendet werden können. Schwerpunktmäßig werden hier Beispiele aus dem Bereich Automatisierungstechnik und Maschinenbau betrachtet. Typischerweise sind die Beispiele einer analytischen Beschreibung nur eingeschr änkt zugänglich, so dass Simulationen eine etablierte Möglichkeit darstellen, Funktionsweisen anschaulich zu vermitteln und erfahrbar zu machen.
David Fritsche
Backmatter
Metadaten
Titel
Mechanik mit nichtlinearen finiten Elementen
verfasst von
David Fritsche
Copyright-Jahr
2025
Electronic ISBN
978-3-658-47612-0
Print ISBN
978-3-658-47611-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-47612-0

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.