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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.
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.
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
Dieser Mentorenleitfaden stellt den Mentoren/-innen der Fachhochschule Aachen Anregungen und Materialien zur konkreten Gestaltung des seit 2006 in der Rahmenprüfungsordnung der Hochschule verankerten Mentorenprogramms zur Verfügung. Er ist dem Charakter dieser Hochschule entsprechend vornehmlich auf natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge ausgerichtet, verweist aber auch auf über diese Bereiche hinausgehende Materialien.
Inhaltsverzeichnis Material / Anregungen zur einführenden Großveranstaltung (zu Abschnitt 3, Seite 4 des Leitfadens) • Linkliste Materialien und Anregungen zu ersten (Gruppen-)Treffen (zu Abschnitt 3. a., Seite 5 des Leitfadens) • Lebendige Statistik • Gruppenspiegel • Das Dreieck der Gemeinsamkeiten • Eine Rückmeldung sollte sein Material / Anregungen zu weiteren (Gruppen-)Treffen im ersten Semester (zu Abschntt 3. b., Seite 6 des Leitfadens) • Ad (c) Portfolio • Ad (d) WLI-Fragebogen • Wie lerne ich? • Notizen machen • Systematisches Aufgabenlösen • ALPEN-Methode • Checkliste für erfolgreiche Gruppen • Von der Stoffmappe zur Lesemappe Material / Anregungen zu (Gruppen-)Treffen im zweiten Semester (zu Abschnitt 3. c., Seite 6 des Leitfadens) • Links • Abschlussbrief Material / Anregungen zur Gestaltung von (ergänzenden) Einzelgesprächen (zu Abschnitt 3. d., Seite 7 des Leitfadens): • Auszug aus S. Bachmair u. a. (Hrsg.): Beraten will gelernt sein Material / Anregungen zu Auswertung und Qualitätsentwicklung (Abschnitt 4, Seite 7) • Personalbogen zum Mentorenprogramm • Zielvereinbarung • Evaluation des Mentorenprogramms / Kurzauswertung • Evaluation des Mentorenprogramms / ausführlichere Auswertung
zuerst erschienen In: Handbuch Qualität in Studium und Lehre : Evaluation nutzen, Akkreditierung sichern, Profil schärfen / Hrsg.: Winfried Benz .... Berlin: Raabe ISBN 978-3-8183-0207-8 ; 3-8183-0207-3 , Kapitel E.3.3 S. 1-30 Sonderdruck unter dem Titel: Schermutzki, Lernergebnisse - Begriffe, Zusammenhänge, Umsetzung und Erfolgsermittlung. Fachhochschule Aachen, 2007. 39 S.: graph. Darst. Der Beitrag beschreibt die Bedeutung und Notwendigkeit der Verwendung von Lernergebnissen als gemeinsame Sprache zwischen den verschiedenen Hochschulen und zwischen Hochschule und beruflicher Bildung, um zu einem feststellenden Validitätsurteil und zu funktionstüchtigen Anerkennungsmechanismen zu kommen. Hierbei kommt der ergebnisorientierten Beschreibung der Studiengänge und Module durch die Hochschulen große Bedeutung zu. Der Beitrag beschreibt die diesbezüglichen Grundlagen und schlägt Methoden vor, die bei der praktischen Beschreibung, der Wahl der Lehr- und Lernformen und Prüfungsformen von Studiengängen und Modulen angewendet werden können.