Forschungsschwerpunkte des Forschungsbereichs

Messtechnik und Aktorik

Unser Forschungsbereich beschäftigt sich in Forschung und Lehre mit der physikalischen Modellierung, der numerischen Simulation und Optimierung von komplexen mechatronischen Systemen (Finite-Elemente-Verfahren für Mehrfeldprobleme), Sound-Design und Lärmreduktion (Strömungs- und Vibroakustik), modernen Messverfahren für mechanische Schwingungs- sowie akustischer Schallanalyse und Parameterbestimmung für die Materialmodellierung mechanischer, elektromagnetischer und akustischer Eigenschaften.

Unsere Forschungsschwerpunkte

Finite Elemente für Mehrfeldprobleme

Modell eines treppenartigen blauen Körpers

Entwicklung von mechatronischen Systemen mithilfe des open source Simulationsprogramms openCFS basierend auf der Finiten-Elemente-Methode (FEM).

Modellierung und Simulation

Bei der Entwicklung von mechatronischen Systemen setzen Berechnungsingenieure zunehmend numerische Verfahren ein, welche die präzise Computersimulation dieser Komponenten und Systeme ermöglicht. Dies begründet sich einerseits in der Komplexität der Systeme, deren Wirkungsprinzipien auf der Kopplung verschiedener physikalischer Felder (mechanisches, elektromagnetisches, akustisches, etc.) beruhen, und andererseits in dem Problem, dass viele interessante physikalische Größen messtechnisch nicht direkt zugänglich sind, wie etwa mechanische Spannungen oder magnetische Felder im Inneren von Strukturen. Um diesen Umständen Rechnung zu tragen, setzten wir das open source Simulationsprogramm openCFS, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster ein, welches seit vielen Jahren vom Forschungsbereich mitentwickelt wurde. In openCFS werden die den physikalischen Feldern zugrunde liegenden partiellen Differentialgleichungen (pDGLs) sowie deren Kopplungen effizient mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) gelöst. Die entwickelten und implementierten Materialmodelle, nichtkonformen Gitter-Techniken, Finiten Elemente höherer Ordnung und äußerst effizienten Koppelstrategien sind wesentliche Bausteine, welche in kommerziellen Simulationsprogrammen nicht vorhanden sind. Zusätzlich ermöglicht openCFS sowohl die Form- als auch Topologieoptimierung komplexer Systeme basierend auf der SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) Methode.

Messtechnik

Die Forschungsgruppe profitiert von der vom Labor des Instituts, welches bestens mit modernen Messsystemen im Bereich der Schwingungs- und Schallfeldanalyse ausgerüstet ist (Laser-Scanning-Vibrometer, Laser-Speckle-Interferometrie, digitale Bildkorrelation, akustische Kamera, akustisches Impedanz- und Transmissionsmesssystem, Schallintensitätssonden, 3D Magnetfeldmesssysteme, etc.). Zusätzlich stehen ein Elektroniklabor sowie eine moderne mechanische Werkstätte mit CNC-Maschine zur Verfügung, um erste Prototypen selbst fertigen und aufbauen zu können.

Ausgewählte Forschungsprojekte:

  • ModSimMEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) Lautsprecher und Ultraschallaktuator

  • Schallquellenlokalisation mit speziellen Beamforming-Algorithmen basierend auf experimentellen und simulationstechnischen Methoden

  • Akustik von Getrieben

  • Strömungsakustik und Modellordnungsreduktion von Fahrzeugen