Studien-/Diplom-/Bachelor-/Masterarbeiten im Fachgebiet Technische Mechanik/Kontinuumsmechanik

Es sind studentische Arbeiten unter Anderem auf nachfolgenden Gebieten zu vergeben. Interessenten melden sich bitte bei Prof. Ricoeur, Raum 2713.

1. Entwicklung von Konzepten zur in-situ Überwachung von Ermüdungsrisswachstum in technischen Strukturen.

Technische Strukturen wie Flugzeuge, Brücken oder Kraftwerkskomponenten weisen stets Risse auf, deren Verhalten im Sinne eines sicheren Betriebs überwacht werden muss. Durch Lösung inverser Randwertprobleme von rissbehafteten Körpern werden auf der Basis gemessener Oberflächendehnungen Risspositionen und bruch­mechanische Bean­spruch­ungs­größen ermittelt. Dabei kommen numerische und analytische Methoden aber auch nichtlineare Optimierungsalgorithmen zur Anwendung. Es sind theoretische und experimentelle Arbeiten zu vergeben.

2. Entwicklung multiskaliger Materialmodelle für ferroelektrische und multi­ferroische Festkörper.

Multifunktionswerkstoffe finden u.A. Anwendung in der Aktuatorik und Sensorik, in intelligenten Strukturen, als Datenspeicher oder zum Zwecke des energy-harvesting. Bei der Materialmodellierung spielen nichtlineare Effekte eine zentrale Rolle, die sich auf unterschiedlichen Skalen, vom Kristallgitter bis zum Korn, abspielen. Im Zuge einer Multiskalen­modellierung wird die Verbindung zur Kontinuumsmechanik hergestellt, um makroskopische mechanische, elektrische oder magnetische Eigenschaften der Werkstoffe zu simulieren. Es sind theoretische Themen zur Weiter­entwicklung und Implementierung von Materialmodellen im Rahmen der Finite-Elemente-Methode zu bearbeiten.

3. Untersuchungen zum Einfluss elektrischer Felder auf das Bruch­verhalten piezoelektrischer Keramiken.

Wenngleich schon lange Gegen­stand der Forschung, so sind doch nach wie vor wesentliche Fragen zur Bruchmechanik piezo- und ferroelektrischer Keramiken offen. Insbesondere das Wechselspiel mechanischer und elektrischen Lasten und der Einfluss elektrischer Felder auf einen grundsätzlich mechanischen Prozess wie den des Rissfortschrittes sind unzureichend geklärt. Erschwerend kommt hinzu, dass Experimente teilweise widersprüchliche Aussagen liefern. Zu diesem Thema sind theoretische Arbeiten zu vergeben.

4. Erstellung von Demonstratoren zur vorlesungsbegleitenden Verwen­dung.

Es sind Demonstratoren zu erstellen, die zur Veranschaulichung des Lehrstoffes eingesetzt werden sollen. Darunter sind sowohl numerische Simulationen mit ADAMS oder ABAQUS und deren Darstellung in Videoclips zu verstehen, als auch die Entwicklung und der Bau von Apparaturen. Relevante Studienobjekte sind u. A. das Knicken von Stäben, schwingungsfähige Systeme, Kreisel oder andere klassische dynamische und elastische Probleme. 

5. Entwicklung von Methoden zur Simulation des quasistatischen und dynamischen Risswachstums in elastischen Strukturen.

Die zuverlässige Berechnung von Rissverläufen in technischen Strukturen stellt einen wesentlichen Beitrag zu deren sicherem Betrieb dar und ermöglicht das Ausschöpfen von bislang nicht genutzten Leichtbaupotentialen. Es werden numerische Berechnungsmethoden erforscht und im Rahmen der Finite-Elemente-Methode umgesetzt. Im Fokus stehen quasistatische wie auch stoßartige Belastungssituationen. Auch Grenzflächenrisse, wie Sie beispiels­weise bei der Delamination von Klebeverbindungen auftreten, werden betrach­tet. Es sind theoretische und experimentelle Arbeiten zu vergeben.

6. Entwicklung schädigungsmechanischer Materialgesetze für keramische Feuerfeststrukturen und Untersuchung mikro-struktureller Einflüsse auf deren Thermoschockbeständigkeit.

Es sind theoretische Arbeiten zur Weiterentwicklung und FEM-Implementierung mikro­mechanisch motivierter Kontinuumsschädigungsmodelle zu vergeben. Diese ermöglichen die Simulation von Schädigungsmustern bei kombinierter thermomechanischer Belastung und die Erforschung des Einflusses mikrostruktureller Merkmale wie Mikroriss­netzwerke, Korn­grenzen, Poren oder duktile Zweitphasen. Ziel ist die Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit feuerfester Werkstoffe durch gezieltes Mikrostruktur­design und der Verzicht auf den Einsatz von Kohlenstoff mit der Folge einer Minderung des weltweiten CO2-Ausstoßes.