Stab- und Flächentragwerke

Beschreibung:

Im Fach Stab- und Flächentragwerke, welches von der Professur MMFS im Sommersemester angeboten wird, werden verschiedene Themen der Strukturmechanik behandelt. Dabei liegt der Fokus einerseits auf der korrekten Herleitung, andererseits aber auch auf der Anwendbarkeit dieser vereinfachten Theorien im Kontext von Konstruktionen.

Details auf der Professurseite

Das Fach wird für Studierende der Vertiefungsrichtung "Simulationsmethoden" zusammen mit einer Übung (als 2/2/0) angeboten, in der die erlernten Methoden umgesetzt werden. Ziel der Übung ist dabei Erlernung einer Implementierung von strukturmechanischen Gleichungen und deren computergestützte Lösung, beispielsweise mit Matlab oder Python/numpy/matplotlib.

Für Studierende des Leichtbaus ist die Veranstaltung ohne zugehörige Übung als (2/0/0) angepasst.

Lehrmethoden:

Die Vorlesungen sind gemäß eines Flipped Classroom Konzepts daraufhin ausgelegt, dass die Studierenden (i) mithilfe von Vorlesungsvideos die fachlichen Inhalte vorbereiten und dann (ii) in der Vorlesung darauf aufbauend der konkrete Einsatz der Theorien erarbeitet wird. Außerdem werden (iii)  in regelmäßigen Abständen Gruppen-Aufgaben ausgegeben und diskutiert.

(i) Für jede Vorlesung werden 3-6 Videos zu verschiedenen Themen in OPAL zur Verfügung gestellt, die eine Gesamtabspielzeit von etwa 45 Minuten haben. Außerdem wird ein Lückenscript zur Verfügung gestellt, in dem die Informationen der Vorlesungsvideos eingetragen werden können. Als Vorbereitungszeit ist etwa 1-1,5h pro Vorlesung notwendig.

(ii) Auf Basis dieser Vorbereitung werden in der Präsenzvorlesung Verständnisfragen besprochen. Dabei geht es beispielsweise um den mathematischen Typ der Gleichungen, die korrekte Einbringung von Randbedingungen und Grenzen der Beschreibung. Die Fragen werden gemäß des Think-Pair-Share Prinzips bearbeitet. Zusätzlich werden mithilfe von Präsentationen durch den Dozenten konkrete Anwendungen der Theorien gezeigt und diskutiert.

(iii) Zu Beginn des Semesters werden Gruppen von 3-4 Studierenden gebildet, die sich dann anhand eines selbst gewählten ingenieurtechnischen Themas verschiedenen Aufgabenstellungen widmen. Das Thema kann beispielsweise ein Interesse an Luftfahrtstrukturen, Sportgeräten oder anderen Leichtbaustrukturen sein, bei denen dann analysiert werden soll, inwiefern Stab- und Flächentragwerke in der Konstruktion eine Rolle spielen.

Die Übung zur Implementierung der Theorien ist außerdem darauf ausgelegt, Grundlagen der KI-Coprogrammierung mit State-of-the-Art Modellen anzuwenden. Damit sind keine tiefgehenden Vorkenntnisse in der Syntax der gewählten Berechnungstools (Matlab, Python) notwendig, da diese im Laufe der Implementierung aufgebaut werden.

Die Prüfung ist an die gewählten Lehrmethoden angepasst, indem sie (i) aus einem Fragenteil besteht, in dem die in der Vorlesung erworbenen Kenntnisse über die Hintergründe abgefragt werden. Im (ii) Aufgabenteil wird das systematische Vorgehen und Ansätze zur Berechnungen bewertet.

Inhalt:

1. Einführung und Übersicht der strukturmechanischen Ansätze
2. Kontinuumsmechanische Grundlagen
3. Stabtragwerke: Biegung, Schub, statische Bestimmtheit
4. Stabtragwerke: Torsion nach Saint-Venant und Bredt
5. Flächentragwerke: Scheiben mit Airyscher Spannungsfunktion
6. Flächentragwerke: Plattentheorien nach Kirchhoff und Reissner-Mindlin
7. Geschichteter Laminataufbau und Klassische Laminattheorie
8. Einführung in Schalentheorien