Modellierung und Simulation

Nachhaltige Materialien und verfahrenstechnische Prozesse, Bachelor (PO-2024)

Modulnummer / Modulcode 04-P-MoSi
Modulname Modellierung und Simulation
Art des Moduls Pflicht
Lernergebnisse, Kompetenzen, Qualifikationsziele

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls verfügen die Studierenden über vertiefte Kenntnisse zur Herleitung und Analyse mathematischer Modelle zur Beschreibung physikalischer Problemstellungen und Prozesse im Maschinenbau. Anhand vielfältiger Beispiele aus verschiedenen Bereichen der pyhsikalischen Modellierung (Mechanik, Elektromagnetik, Thermodynamik, ...) können die Studierenden Querverknüpfungen zu den anderen Modulen des Grundstudiums herstellen und trainieren eine multiphysikalische Betrachtung. Darüber hinaus haben sie ausblicksartig auch Beispiele und Methoden aus dem Bereich der ereignisdiskreten Simulation von Prozessen kennengelernt.

Im Zuge der rechnergestützten Analyse haben die Studierenden erste Erfahrungen mit einer wissenschaftlichen Numerikumgebung (bspw. Matlab/Octave, Python, ...) gemacht und ihre Fähigkeiten aus der Grundvorlesung "Informatik: Einführung in die Programmierung" hinsichtlich Algorithmik und wissenschaftlichem Rechnen vertieft. Sie haben darüber hinaus Grundbegriffe und elementare Methoden aus der Numerik und aus der Datenanalyse kennengelernt.

Auf dieser Basis können sie Grundlagen der numerischen Mathematik disziplinübergreifend erfolgreich anwenden. Sie sind in der Lage, reale Problemstellungen zu modellieren, dabei sinnvolle Vereinfachungen zu erkennen, durch Simulationen Vorhersagen zu extrahieren und schließlich Simulationsergebnisse kritisch zu interpretieren.

 

Lehrveranstaltungsarten VLmP 2 SWS, HÜ 1 SWS, Pr 1 SWS
Lehrinhalte
  • Einführung in die mathematische Modellbildung (Begriffe, Anwendungen, Herleitung und Analyse, Klassifizierung)
  • Grundlagen wissenschaftliches Rechnen, Numerik und Analyse
    • Grundlegende Operationen in einer gängige Numerikumgebung 
    • Graphikdarstellung
    • Lineare & Nichtlineare Gleichungssysteme, Eigenwertprobleme
    • Verteilungsdichten, Korrelationen, FFT, Filterung
  • Kontinuierliche Modellierung und Simulation
    • Nichtlineare Gleichungssysteme
    • Anfangswertprobleme (Problemstellung, Grundbegriffe, einfache Einschrittverfahren)
    • Randwertprobleme (Problemstellung, Grundbegriffe, einfache FD-Diskretisierung)
  • Ereignisdiskrete Simulation

Die Einzelthemen werden von Anwendungsbeispielen aus verschiedenen Disziplinen veranschaulicht (Mechanik,  Elektrotechnik, Regelungs- und Automatisierungstechnik, Thermodynamik, Fabrikplanung)

Titel der Lehrveranstaltungen Modellierung und Simulation
Lehr- und Lernmethoden (Lehr- und Lernformen) Vorlesung, Übung, Rechnerpraktikum
Präsentation, Hausarbeiten
Verwendbarkeit des Moduls B.Sc. Maschinenbau
Dauer des Moduls Ein Semester
Häufigkeit des Angebotes jährlich im Sommersemester
Sprache deutsch
Empfohlene (inhaltliche) Voraussetzungen für die Teilnahme am Modul
Voraussetzungen für die Teilnahme am Modul
Studentischer Arbeitsaufwand 2 SWS VL (30 Std.), 1 SWS HÜ (15 Std.), Rechnerpraktikum (15 Std.), Selbststudium (120 Std.)
Studienleistungen
Voraussetzung für Zulassung zur Prüfungsleistung
Prüfungsleistungen Klausur 90-120 Min.
Anzahl Credits (ECTS) 6 cp
Lehreinheit Maschinenbau
Modulverantwortliche/r Prof. Dr.-Ing. H. Hetzler
Lehrende Prof. Dr.-Ing. H. Hetzler, Prof. Dr.-Ing. O. Wünsch und andere
Medienformen Folien (als Skript verfügbar), Moodle, Rechnerbeispiele
Literatur
  • Scherf, H.: Modellbildung und Simulation dynamischer Systeme. Oldenbourg Verlag, München, 2007
  • Bungartz, S. et. Al.: Modellbildung und Simulation: Eine anwendungsorientierte Einführung. Springer, Berlin, 2009
  • Kahlert, J.: Simulation technischer Systeme. Vieweg, Wiesbaden, 2004
  • Ljung, L.: System identification. PTR Prentice Hall, Upper Saddle River, 1999