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Magazin der Fachhochschule Aachen / Aachen University of Applied Sciences . Nr. 2/2007 Hochschule im Umbruch: FH Aachen am Zug Herausgeber: Rektor der Fachhochschule Aachen Redaktion: Dr. Roger Uhle, Stefanie Erkeling, Sabine Krükel, Daniela Voßenkaul, Cornelia Driesen Übersetzung: Julia Schulze Gestaltung: Prof. Dipl.-Des. Doris Casse-Schlüter, Dipl.-Des. Markus Nailis Dimensionen erfahren 06 Bachelor welcome! 16 Die Bestimmung der Studienbeiträge 19 Auch die Fachhochschule Aachen hat ihre Exzellenz 20 Neue Freiheiten und ein neues Gremium 22 Campus Jülich im Wandel 24 Hochschulmarketing: Mahr als Werbung 25 Auf zu neuen (Service-) Ufern! 26 Der neue Campus Jülich Forschung entwickeln 28 Der Neugierige: Ein Porträt über Prof. Dr. Marcus Baumann ... 30 Wie viel Schadstoff verträgt die Pflanze? 31 "OP der Zukunft" 33 Im Wirkungskreis des Blitzes 34 Schicht für Schicht zum individuellen Produkt 36 Forschen heute für die Herausforderungen von morgen 38 500.000 Euro für "Polymere Materialien" 39 Konstruieren - Simulieren - Produzieren 40 Meldungen: Forschung Studium erleben 42 Auf den Hut gekommen: Jan Lengwenat verhilft seiner Diplomarbeit dem "alten Hut" zu neuem Glanz. 44 Prozesstechnik berufsbegleitend 45 Ein wichtiger Baustein in der Lehre 47 Einblick statt Blackbox 49 Ausstellungen bereichern die Lehre 52 Aufatmen im Triebwerklabor 54 Kreativität und "Kriminalität" 55 Was Studierende studieren, wenn sie gerade nicht studieren... 56 Viel Beifall für die Eigenbau-Humoreske 58 Girls Day mit dem Staatssekretär 61 Messen und Ausstellungen 66 Meldungen: Studium International denken 70 Kompetenzen im Dialog: Prof. Willy Kuhlmann berichtet ... 74 Endlich offiziell: Euregionaler Studiengang C-MD ... 75 Ehrung für besonderes Engagement 76 FH-Wirtschaftsstudierende grüßen aus aller Welt 79 Genau die richtige Mischung 80 Professor, außerordentlich! 81 Der Zeit voraus Personen begegnen 82 Standortfaktor: Wissenschaft 84 Studenten 2.0 86 Wer nicht fragt, ist selber Schuld! 88 Lo(u)s, bergauf! 90 Preise und Auszeichnungen 95 Diplome 2006/2007 98 Personalia Service bieten 100 Vom Auslandsaufenthalt bis zur Jobmesse 102 Das alfha.net in neuem Gewand 105 Der Hochschulsport in Aachen 107 Neuer Blick auf die Didaktik 108 Zeile für Zeile 110 Was ist eigentlich ... ECDL? 111 Impressum
Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der klassischen Plastizitätstheorie, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Eine FEM-basierte Traglast- und Einspielanalyse für ideal plastisches Material wurde auf ein kinematisch verfestigendes Materialgesetz erweitert und in das Finite Element Programm PERMAS implementiert. In einem einfachen Zug-Torsionsexperiment wurde eine Hohlprobe mit konstanter Torsion und zyklischer Zugbelastung beansprucht, um die neue Implementierung zu verifizieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Einspielanalyse gut mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmt. Bei Verfestigung lassen sich wesentlich größere Sicherheiten nachweisen. Dieses Potential bedarf weiterer experimenteller Absicherung. Parallel dazu ist die Eisnpieltheorie auf fortschrittliche Verfestigungsansätze zu erweitern.
Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizität, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik führt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verzögert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend geändert. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegenüber elastischen Analysen wesentlich zu erhöhen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen Überblick über mögliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abhängig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden können. Das Vorgehen erfordert vom Anwender oft ein gewisses Umdenken. Es werden keine Spannungen berechnet, um damit Sicherheit und Lebensdauer zu interpretieren. Statt dessen berechnet man direkt die gesuchte Sicherheit. Der Post-Prozessor wird nur noch zur Modell- und Rechenkontrolle benötigt. Das Vorgehen ist ähnlich der Stabilitätsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA entwickelten Zuverlässigkeitsanalysen sind nichlinear erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv möglich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchführbar. Auf die vorgesehenen Erweiterungen der Werkstoffmodellierung für nichtlineare Verfestigung und für Schädigung konnte hier nicht eingegangen werden. Es herrscht ein deutlicher Mangel an Experimenten zum Nachweis der Grenzen zwischen elastischem Einspielen und dem Versagen durch LCF oder durch Ratchetting.
Im Rahmen von Ermüdungsanalysen ist nachzuweisen, daß die thermisch bedingten fortschreitenden Deformationen begrenzt bleiben. Hierzu ist die Abgrenzung des Shakedown-Bereiches (Einspielen) vom Ratchetting-Bereich (fortschreitende Deformation) von Interesse. Im Rahmen eines EU-geförderten Forschungsvorhabens wurden Experimente mit einem 4-Stab-Modell durchgeführt. Das Experiment bestand aus einem wassergekühlten inneren Rohr und drei isolierten und beheizbaren äußeren Probestäben. Das System wurde durch alternierende Axialkräfte, denen alternierende Temperaturen an den äußeren Stäben überlagert wurden, belastet. Die Versuchsparameter wurden teilweise nach vorausgegangenen Einspielanalysen gewählt. Während der Versuchsdurchführung wurden Temperaturen und Dehnungen zeitabhängig gemessen. Begleitend und nachfolgend zur Versuchsdurchführung wurden die Belastungen und die daraus resultierenden Beanspruchungen nachvollzogen. Bei dieser inkrementellen elasto-plastischen Analyse mit dem Programm ANSYS wurden unterschiedliche Werkstoffmodelle angesetzt. Die Ergebnisse dieser Simulationsberechnung dienen dazu, die Shakedown-Analysen mittels FE-Methode zu verifizieren.
Limit and shakedown theorems are exact theories of classical plasticity for the direct computation of safety factors or of the load carrying capacity under constant and varying loads. Simple versions of limit and shakedown analysis are the basis of all design codes for pressure vessels and pipings. Using Finite Element Methods more realistic modeling can be used for a more rational design. The methods can be extended to yield optimum plastic design. In this paper we present a first implementation in FE of limit and shakedown analyses for perfectly plastic material. Limit and shakedown analyses are done of a pipe–junction and a interaction diagram is calculated. The results are in good correspondence with the analytic solution we give in the appendix.
Genaue Kenntnis der Spannungen und Verformungen in passiven Komponenten gewinnt man mit detailierten inelastischen FEM Analysen. Die lokale Beanspruchung läßt sich aber nicht direkt mit einer Beanspruchbarkeit im strukturmechanischen Sinne vergleichen. Konzentriert man sich auf die Frage nach der Tragfähigkeit, dann vereinfacht sich die Analyse. Im Rahmen der Plastizitätstheorie berechnen Traglast- und Einspielanalyse die tragbaren Lasten direkt und exakt. In diesem Beitrag wird eine Implementierung der Traglast- und Einspielsätze in ein allgemeines FEM Programm vorgestellt, mit der die Tragfähigkeit passiver Komponenten direkt berechnet wird. Die benutzten Konzepte werden in Bezug auf die übliche Strukturanalyse erläutert. Beispiele mit lokal hoher Beanspruchung verdeutlichen die Anwendung der FEM basierten Traglast- und Einspielanalysen. Die berechneten Interaktionsdiagramme geben einen guten Überblick über die möglichen Betriebsbereiche passiver Komponenten. Die Traglastanalyse bietet auch einen strukturmechanischen Zugang zur Kollapslast rißbehafteter Komponenten aus hochzähem Material.
Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizität, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik führt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verzögert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend geändert. Die Autoren möchten der Europäischen Kommission an dieser Stelle für die Förderung ausdrücklich danken. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegenüber elastischen Analysen wesentlich zu erhöhen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen Überblick über mögliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abhängig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden können. Das Vorgehen erfordert vom Anwender oft ein gewisses Umdenken. Es werden keine Spannungen berechnet, um damit Sicherheit und Lebensdauer zu interpretieren. Statt dessen berechnet man direkt die gesuchte Sicherheit. Der Post-Prozessor wird nur noch zur Modell- und Rechenkontrolle benötigt. Das Vorgehen ist änhlich der Stabilitätsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA geplante Zuverlässigkeitsanalyse ist erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv möglich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchführbar.
Abstracts of the ACHEMA 2000 - International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology, May 22 - 27, 2000. Frankfurt am Main. Achema 2000 : special edition / Linde. [Ed.: Linde AG. Red.: Volker R. Leski]. - Wiesbaden : Linde AG, 2000. - 56 p. : Ill., . - pp: 79 - 81
Mit freundlicher Genehmigung der Autoren (Stand 02.2006) Inhaltsverzeichnis: 0 Vorwort 1 Warum brauchen wir MeMoPad? Begründungslinien. 1.1 Was fordern Studierende? 1.2 Welche Vorteile ergeben sich für die Fakultät? 1.3 Zusammenfassung 2 MeMoPad – Das Mentorenprogramm an der Universität Paderborn 2.1 Qualitätsmerkmale eines Mentorenprogramms 2.2 Rolle und Aufgaben von Mentoren 2.3 Didaktische Implikationen 3 Das Rahmenkonzept – Betreuungsgebiete (BG) im Überblick 4 Organisatorisches 5 Die Umsetzung – Betreuungsgebiete im Detail 5.1 BG0: "Was bringt mir MeMoPad?" Materialien 5.2 BG1: "Leben an der Hochschule: Was bedeutet ‚studieren’?" 5.2.1 Didaktische Hinweise 5.2.2 Möglicher Ablauf Materialien 5.3 BG2: "Was bedeutet ‚lernen’ in der Hochschule?" 5.3.1 Didaktische Hinweise 5.3.2 Möglicher Ablauf Materialien 5.4 BG3: "Warum und wie (ge)braucht man wissenschaftliche Standards?" 5.4.1 Didaktische Hinweise 5.4.2 Möglicher Ablauf Materialien 5.5 BG4: "Wie präsentiert man (sich) erfolgreich?" 5.5.1 Didaktische Hinweise 5.5.2 Möglicher Ablauf Materialien 5.6 BG5: "Wie kann ich mich persönlich weiterentwickeln?" 5.5.1 Didaktische Hinweise 5.5.2 Möglicher Ablauf Materialien