Studiengangsbeschreibung

Inhalt

Werkstoffe - sowohl klassische als auch neuartige - sind die Basis und der Motor für Produkte und Produktinnovationen. Die wichtigsten werkstoffbasierten Branchen in Deutschland, darunter der Fahrzeug- und Maschinenbau, die chemische Industrie, die Energietechnik, die Elektro- und Elektronikindustrie sowie die Metallerzeugung und -verarbeitung, erzielen einen jährlichen Umsatz von nahezu einer Billion Euro und beschäftigen rund fünf Millionen Menschen.

Materialwissenschaftler entwickeln gänzlich neue Werkstoffkonzepte - zum Beispiel in aktuellen Schlüsselfeldern wie der Energiespeicherung und Umwandlung oder dem strukturellen Leichtbau - oder sie verbessern existierende Werkstoffe und passen sie an die ständig wechselnden Anforderungen des globalen Wettbewerbs an. Mit ihrer Expertise zu den komplexen Auswirkungen von Struktur, Zusammensetzung, Verarbeitungsschritten und den Last- und Umwelteinflüssen auf die Leistungsfähigkeit und das Verhalten von Werkstoffen im praktischen Einsatz sind sie zudem ein Bindeglied zwischen Konstruktion und Produktion.

Wegen der Bedeutung des Materialverhaltens für die konstruktive Auslegung und Verarbeitung von Produkten hat das Studium der Materialien eine starke ingenieurwissenschaftliche Komponente. Gleichzeitig baut das Verständnis des Materialverhaltens auf den aktuellsten Einsichten in den naturwissenschaftlichen Grundlagenfächern auf. Obwohl zum Beispiel moderne Hochleistungsstähle im 1000-Tonnen-Maßstab produziert werden, geht der Trend immer mehr zum Entwurf solcher Materialien und ihrer Verarbeitungsschritte anhand von Modellrechnungen, die auf quantenphysikalischen Prinzipien aufbauen und die gesamte Skala vom Atom bis zum Bauteil lückenlos abdecken.

Neuartige Verbund- und Hybridmaterialien, die hohe Festigkeit und geringes Gewicht mit Funktionseigenschaften wie zum Beispiel Aktorik oder Sensorik vereinen, nutzen aktuelle Forschungsergebnisse aus den Nanowissenschaften. Die Entwicklung der im Gesundheitswesen zunehmend wichtigen Biomaterialien erfordert neben materialphysikalischen und -chemischen Ansätzen auch Einsichten aus der Medizin. Der breite interdisziplinäre Ansatz der Materialwissenschaft macht sie zur Brückendisziplin zwischen den Ingenieur- und den Naturwissenschaften.

Der Studiengang Materialwissenschaft (M.Sc.) - Multiskalige Materialsysteme richtet sich an Bachelor-Absolventen sowohl der Ingenieurwissenschaften wie auch der Physik oder Chemie. Mit seinem grundlagenorientierten Curriculum unter Berücksichtigung von naturwissenschaftlichen wie auch ingenieurwissenschaftlichen Aspekten vermittelt der Studiengang ein Verständnis von Herstellung, Aufbau, Eigenschaften und Designprinzipien von Materialien, ausgehend von den atomaren Strukturen und Prozessen bis hin zum Verhalten in Bauteilen.

Im Mittelpunkt des ersten Studienjahrs stehen die Kernthemen: Physik und Chemie von Materialien, Methoden in Experiment, Theorie und skalenübergreifender Modellierung, mechanische Eigenschaften angefangen von Molekülen über idealisierte einkristalline Zustände bis hin zum realen Material, Phasenübergänge und Gefügedesign sowie Eigenschaften von Funktionsmaterialien. Vertiefungsrichtungen erschließen die Felder Nano- und Hybridmaterialien, Technische Materialien, und Materialmodellierung. Im zweiten Studienjahr steht die Mitarbeit in der aktuellen Forschung im Mittelpunkt, mit einem Studienprojekt zu Modernen Problemen der Materialwissenschaften und der Masterarbeit.


Berufliche Perspektiven

Beispiele für Aufgabenfelder von Materialwissenschaftlern sind:
  • Materialkompetenz in der Konstruktion
  • Prozessentwicklung und -Betreuung in der materialerzeugenden und -verarbeitende Industrie
  • Material- und Prozessentwicklung in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen
  • Schadensanalyse
  • Qualitätssicherung
  • Patentwesen
  • wissenschaftliche Forschung an Universitäten und staatliches Forschungseinrichtungen

Arbeitgebende Branchen sind unter anderem:

  • Fahr- und Flugzeugbau
  • Maschinenbau
  • chemische Industrie
  • Energietechnik
  • Elektro- und Elektronikindustrie
  • Metallverhüttung und -Verarbeitung
  • Medizintechnik
  • Hoch- und Tiefbau 

Lernziele

Wissen
  • Die Absolventinnen und Absolventen haben die grundlegenden Zusammenhänge verstanden und die Wissensbasis erworben, die sie für eine Berufstätigkeit im Fachgebiet Materialwissenschaft im nationalen und internationalen Umfeld qualifizieren. Sie können die den Materialwissenschaften unterliegenden wissenschaftlichen Grundlagen und die wichtigsten experimentellen und numerischen Methoden verstehen und beschreiben.
  • In den folgenden Fachgebieten kennen die Absolventinnen und Absolventen die grundlegenden Konzepte und tiefergehenden Sachverhalte und können diese erläutern:
    • Metalle, Keramiken, Polymere, Kompositmaterialien
    • Wechselspiel zwischen Materialverhalten, Gefüge, und Verarbeitung
    • mechanische Eigenschaften, Funktionseigenschaften, Phasenübergänge und Gefügeentwicklung
    • Charakterisierungsmethoden
    • Ansätze für die numerische Modellierung.

Fertigkeiten

  • Die Absolventinnen und Absolventen können ihr Wissen auf den oben genannten Themenfeldern sowie ihre methodischen Kenntnisse bei der Lösung wissenschaftlicher sowie technischer, materialbezogener Aufgaben anwenden.
  • Sie können die relevanten grundlegenden Methoden und Sachverhalte identifizieren und so wissenschaftliche wie auch technische Materialprobleme auch außerhalb vorgegebener Vorgehensmuster selbstständig zu lösen.

Absolventinnen und Absolventen mit der Vertiefung „Konstruktionsmaterialien“

  • können Metalle, Keramiken, Polymere und Kompositmaterialien für spezifische Aufgabenstellungen in einem technologieorientierten Umfeld bewerten.
  • können Abfolgen von Verarbeitungsschritten entwickeln und beaufsichtigen.
  • können weiterhin Entscheidungen zur Materialauswahl, zur industriellen Produktion sowie zur Qualitätssicherung und Fehleranalyse treffen.

Absolventinnen und Absolventen mit der Vertiefung „Modellierung“

  • können für unterschiedliche Phänomene auf unterschiedlichen Längen- und Zeitskalen die angemessenen Modellierungsansätze identifizieren, sie an die jeweilige Problemstellung anpassen und zur Problemlösung gezielt zum Einsatz bringen.
  • können die Aussagekraft und Zuverlässigkeit der Methode bzw. ihrer Resultate unter Berücksichtigung der Problemstellung realistisch bewerten.

Absolventinnen und Absolventen mit der Vertiefung „Nano- und Hybridmaterialien“

  • sind mit den Phänomenen und physikalischen oder physikalisch chemischen Grundlagen vertraut, welche die Eigenschaften von nanoskaligen Körpern oder von Materialien mit einem nanoskaligen Gefüge mit den charakteristischen Längenskalen und der Anwesenheit bzw. den Eigenschaften von Grenzflächen verknüpfen. Insbesondere können sie die genannten Zusammenhänge erklären.
  • können dieses Wissen einsetzen, um Entwurfsstrategien für Materialien umzusetzen und zu optimieren, insbesondere durch die folgenden Ansätze: gezielte Gestaltung der Gefügegeometrie auf der Nanoskala; Gestaltung des Grenzflächenverhaltens; Kombinationen harter und weicher Materie auf der Nanoskala in Form von Hybridmaterialien.

Sozialkompetenz

  • Die Absolventinnen und Absolventen sind fähig, in Teams zu arbeiten und problemorientiert ihre Arbeit zu organisieren als Vorbereitung auf forschungsorientierte Berufstätigkeit.
  • Sie können ihre Arbeitsergebnisse schriftlich oder mündlich und auch in internationalen Kontexten zielgruppengerecht präsentieren.
  • Die Studierenden sollen nach ihrem Abschluss in der Lage sein, gesellschaftliche Prozesse kritisch, reflektiert sowie mit Verantwortungsbewusstsein und in demokratischem Gemeinsinn maßgeblich mitzugestalten.

Selbstständigkeit

  • Die Absolventinnen und Absolventen können sich in effektiv selbstorganisierter Weise Teilgebiete ihres Faches mit wissenschaftlicher Methodik erschließen.
  • Sie sind in der Lage, ihr erlerntes Wissen in eigenständiger Weise mit geeigneten Präsentationstechniken vorzutragen oder in einem Dokument von angemessenem Umfang darzustellen.
  • Die Absolventinnen und Absolventen sind in der Lage, weiteren Informationsbedarf zu erkennen und eine Strategie zu entwickeln, um ihr Wissen selbstständig zu erweitern.

Studiengangsstruktur

Das Curriculum des Masterstudiengangs „Materialwissenschaft“ ist wie folgt gegliedert:

Kernqualifikation: 1.-3. Fachsemester, insgesamt 66 Leistungspunkte. In der Kernqualifikation sind auch die Module „Nichttechnische Ergänzungskurse im Master“ und „Betrieb & Management“ mit jeweils sechs Leistungspunkten verankert.

Vertiefung: Die Studierenden wählen eine aus den unten aufgeführten drei Vertiefungen, wobei in der jeweiligen Vertiefung während des 1.-3. Fachsemesters insgesamt 24 Leistungspunkte erworben werden:

  • Vertiefung Konstruktionswerkstoffe
  • Vertiefung Modellierung
  • Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien

Masterarbeit im 4. Fachsemester: 30 Leistungspunkte

Damit ergibt sich ein Gesamtaufwand für den gesamten Studiengang von 120 Leistungspunkten.

Fachmodule der Kernqualifikation

Modul M0523: Betrieb & Management

Modulverantwortlicher Prof. Matthias Meyer
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse Keine
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen
  • Die Studierenden sind in der Lage, ausgewählte betriebswirtschaftliche Spezialgebiete innerhalb der Betriebswirtschaftslehre zu verorten.
  • Die Studierenden können in ausgewählten betriebswirtschaftlichen Teilbereichen grundlegende Theorien, Kategorien und Modelle erklären.
  • Die Studierenden können technisches und betriebswirtschaftliches Wissen miteinander in Beziehung setzen.


Fertigkeiten
  • Die Studierenden können in ausgewählten betriebswirtschaftlichen Teilbereichen grundlegende Methoden anwenden.
  • Die Studierenden können für praktische Fragestellungen in betriebswirtschaftlichen Teilbereichen Entscheidungsvorschläge begründen.


Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz
  • Die Studierenden sind in der Lage, in interdisziplinären Kleingruppen zu kommunizieren und gemeinsam Lösungen für komplexe Problemstellungen zu erarbeiten.


Selbstständigkeit
  • Die Studierenden sind in der Lage, sich notwendiges Wissen durch Recherchen und Aufbereitungen von Material selbstständig zu erschließen.


Arbeitsaufwand in Stunden Abhängig von der Wahl der Lehrveranstaltungen
Leistungspunkte 6
Lehrveranstaltungen
Die Informationen zu den Lehrveranstaltungen entnehmen Sie dem separat veröffentlichten Modulhandbuch des Moduls.

Modul M0524: Nichttechnische Angebote im Master

Modulverantwortlicher Dagmar Richter
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse Keine
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Nichttechnischen Angebote  (NTA)

vermittelt die in Hinblick auf das Ausbildungsprofil der TUHH nötigen Kompetenzen, die ingenieurwissenschaftliche Fachlehre fördern aber nicht abschließend behandeln kann: Eigenverantwortlichkeit, Selbstführung, Zusammenarbeit und fachliche wie personale Leitungsbefähigung der zukünftigen Ingenieurinnen und Ingenieure. Er setzt diese Ausbildungsziele in seiner Lehrarchitektur, den Lehr-Lern-Arrangements, den Lehrbereichen und durch Lehrangebote um, in denen sich Studierende wahlweise für spezifische Kompetenzen und ein Kompetenzniveau auf Bachelor- oder Masterebene qualifizieren können. Die Lehrangebote sind jeweils in einem Modulkatalog Nichttechnische Ergänzungskurse zusammengefasst. 

Die Lehrarchitektur

besteht aus einem studiengangübergreifenden Pflichtstudienangebot. Durch dieses zentral konzipierte Lehrangebot wird die Profilierung der TUHH Ausbildung auch im nichttechnischen Bereich gewährleistet.

Die Lernarchitektur erfordert und übt eigenverantwortliche Bildungsplanung in Hinblick auf den individuellen Kompetenzaufbau ein und stellt dazu Orientierungswissen zu thematischen Schwerpunkten von Veranstaltungen bereit.

Das über den gesamten Studienverlauf begleitend studierbare Angebot kann ggf. in ein-zwei Semestern studiert werden. Angesichts der bekannten, individuellen Anpassungsprobleme beim Übergang von Schule zu Hochschule in den ersten Semestern und um individuell geplante Auslandsemester zu fördern, wird jedoch von einer Studienfixierung in konkreten Fachsemestern abgesehen.

Die Lehr-Lern-Arrangements

sehen für Studierende - nach B.Sc. und M.Sc. getrennt - ein semester- und fachübergreifendes voneinander Lernen vor. Der Umgang mit Interdisziplinarität und einer Vielfalt von Lernständen in Veranstaltungen wird eingeübt - und in spezifischen Veranstaltungen gezielt gefördert.

Die Lehrbereiche

basieren auf Forschungsergebnissen aus den wissenschaftlichen Disziplinen Kulturwissenschaften, Gesellschaftswissenschaften, Kunst, Geschichtswissenschaften, Kommunikationswissenschaften, Migrationswissenschaften, Nachhaltigkeitsforschung und aus der Fachdidaktik der Ingenieurwissenschaften. Über alle Studiengänge hinweg besteht im Bachelorbereich zusätzlich ab Wintersemester 2014/15 das Angebot, gezielt Betriebswirtschaftliches und Gründungswissen aufzubauen. Das Lehrangebot wird durch soft skill und Fremdsprachkurse ergänzt. Hier werden insbesondere kommunikative Kompetenzen z.B. für Outgoing Engineers gezielt gefördert.

Das Kompetenzniveau

der Veranstaltungen in den Modulen der nichttechnischen Ergänzungskurse unterscheidet sich in Hinblick auf das zugrunde gelegte Ausbildungsziel: Diese Unterschiede spiegeln sich in den verwendeten Praxisbeispielen, in den - auf unterschiedliche berufliche Anwendungskontexte verweisende - Inhalten und im für M.Sc. stärker wissenschaftlich-theoretischen Abstraktionsniveau. Die Soft skills für Bachelor- und für Masterabsolventinnen/ Absolventen unterscheidet sich an Hand der im Berufsleben unterschiedlichen Positionen im Team und bei der Anleitung von Gruppen.

Fachkompetenz (Wissen)

Die Studierenden können

  • ausgewähltes Spezialgebiete des jeweiligen nichttechnischen Bereiches erläutern,
  • in den im Lehrbereich vertretenen Disziplinen grundlegende Theorien, Kategorien, Begrifflichkeiten, Modelle,  Konzepte oder künstlerischen Techniken skizzieren,
  • diese fremden Fachdisziplinen systematisch auf die eigene Disziplin beziehen, d.h. sowohl abgrenzen als auch Anschlüsse benennen,
  • in Grundzügen skizzieren, inwiefern wissenschaftliche Disziplinen, Paradigmen, Modelle, Instrumente, Verfahrensweisen und Repräsentationsformen der Fachwissenschaften einer individuellen und soziokulturellen Interpretation und Historizität unterliegen,              
  • können Gegenstandsangemessen in einer Fremdsprache kommunizieren (sofern dies der gewählte Schwerpunkt im NTW-Bereich ist).



Fertigkeiten

Die Studierenden können in ausgewählten Teilbereichen

  • grundlegende und teils auch spezielle Methoden der genannten Wissenschaftsdisziplinen anwenden.
  • technische Phänomene, Modelle, Theorien usw. aus der Perspektive einer anderen, oben erwähnten Fachdisziplin befragen.
  • einfache und teils auch fortgeschrittene Problemstellungen aus den behandelten Wissenschaftsdisziplinen erfolgreich bearbeiten,
  • bei praktischen Fragestellungen in Kontexten, die den technischen Sach- und Fachbezug übersteigen, ihre Entscheidungen zu Organisations- und Anwendungsformen der Technik begründen.




Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden sind fähig ,

  • in unterschiedlichem Ausmaß kooperativ zu lernen
  • eigene Aufgabenstellungen in den o.g. Bereichen in adressatengerechter Weise in einer Partner- oder Gruppensituation zu präsentieren und zu analysieren,
  • nichttechnische Fragestellungen einer Zuhörerschaft mit technischem Hintergrund verständlich darzustellen
  • sich landessprachlich kompetent, kulturell angemessen und geschlechtersensibel auszudrücken (sofern dies der gewählte Schwerpunkt im NTW-Bereich ist)



Selbstständigkeit

Die Studierenden sind in ausgewählten Bereichen in der Lage,

  • die eigene Profession und Professionalität im Kontext der lebensweltlichen Anwendungsgebiete zu reflektieren,
  • sich selbst und die eigenen Lernprozesse zu organisieren,
  • Fragestellungen vor einem breiten Bildungshorizont zu reflektieren und verantwortlich zu entscheiden,
  • sich in Bezug auf ein nichttechnisches Sachthema mündlich oder schriftlich kompetent auszudrücken.
  • sich als unternehmerisches Subjekt zu organisieren,   (sofern dies ein gewählter Schwerpunkt im NTW-Bereich ist).




Arbeitsaufwand in Stunden Abhängig von der Wahl der Lehrveranstaltungen
Leistungspunkte 6
Lehrveranstaltungen
Die Informationen zu den Lehrveranstaltungen entnehmen Sie dem separat veröffentlichten Modulhandbuch des Moduls.

Modul M1198: Materialphysik und atomare Materialmodellierung

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Materialphysik (L1624) Vorlesung 2 2
Quantenmechanik und atomare Materialmodellierung (L1672) Vorlesung 2 2
Übungen zur Materialphysik und -modellierung (L2002) Gruppenübung 2 2
Modulverantwortlicher Prof. Patrick Huber
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse Höhere Mathematik, Physik und Chemie für Studierende der Ingenieur- oder Naturwissenschaften
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden sind in der Lage,

- die Grundbegriffe der Physik kondensierter Materie wiederzugeben

- die Grundlagen für die mikroskopische Struktur und Mechanik, Thermodynamik und Optik von Materialsystemen zusammenzufassen und zu beschreiben

- Konzept und Realisierung moderner Methoden der atomaren Modellierung zu verstehen sowie deren Potential und Grenzen bzgl. der gesteckten Modellierungsziele einschätzen zu können.



Fertigkeiten

Nach Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage,

  • fortgeschrittene Berechnungen zur Thermodynamik, Mechanik, den elektrischen und optischen Eigenschaften von Systemen der kondensierten Materie durchzuführen.
  • ihre Kenntnisse auch auf  artverwandte Fragestellungen zu übertragen, um thermodynamische und mechanische Berechnungen durchzuführen, z.B. um neue Materialien zu designen.
  • Geeignete Modelierungsansätze für materialspezifische Probleme zu benennen und einfache Modelle selbst zu entwickeln.


Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können Lösungen gegenüber Spezialisten präsentieren und Ideen weiterentwickeln.

Selbstständigkeit

Die Studierenden sind in der Lage, ihren Wissenstand durch klausurnahe Aufgaben selbstständig einzuschätzen und kontinuierlich zu überprüfen.

Die Studierenden können ihre eigenen Stärken und Schwächen ermitteln und sich benötigtes Wissen aneignen.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 96, Präsenzstudium 84
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 90 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Kernqualifikation: Pflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1624: Materialphysik
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Patrick Huber
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt
  • Motivation: „Atome im Maschinenbau?“
  • Grundbegriffe: Kraft und Energie
  • Die elektromagnetische Wechselwirkung
  • „Detour“: Mathematische Grundlagen (komplexe e-Funktion etc.)
  • Das Atom: Bohrsches Atommodell
  • Chemische Bindung
  • Das Vielteilchenproblem: Lösungsansätze und Strategien
  • Beschreibung von Nahordnungsphänomene mittels statistischer Thermodynamik
  • Elastizitätstheorie auf atomarer Basis
  • Konsequenzen des atomaren Verhaltens auf makroskopische Eigenschaften: Diskussion von Beispielen (Metalllegierungen, Halbleiter, Hybridsysteme)


Literatur

Für den Elektromagnetismus:

  • Bergmann-Schäfer: „Lehrbuch der Experimentalphysik“, Band 2: „Elektromagnetismus“, de Gruyter

Für die Atomphysik:

  • Haken, Wolf: „Atom- und Quantenphysik“, Springer

Für die Materialphysik und Elastizität:

  • Hornbogen, Warlimont: „Metallkunde“, Springer


Lehrveranstaltung L1672: Quantenmechanik und atomare Materialmodellierung
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Robert Meißner
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt

- Warum atomare Materialmodellierung
- Newtonsche Bewegungsgleichung und numerisches Lösen
- Ergodizität
- Atommodelle
- Grundlagen der Quantenmechanik
- Atomare & Molekulare Mehrelektronensysteme
- Hartree-Fock Ansatz und Dichtefunktionaltheorie
- Monte-Carlo Verfahren
- Molekulardynamiksimulationen
- Phasenfeldsimulationen

Literatur

Begleitliteratur zur Vorlesung (sortiert nach Relevanz):

  1. Daan Frenkel & Berend Smit „Understanding Molecular Simulations“
  2. Mark E. Tuckerman „Statistical Mechanics: Theory and Molecular Simulations“
  3. Andrew R. Leach „Molecular Modelling: Principles and Applications“

Zur Vorbereitung auf den quantenmechanischen Teil der Klausur empfiehlt sich folgende Literatur

  1. Regine Freudenstein & Wilhelm Kulisch "Wiley Schnellkurs Quantenmechanik"


Lehrveranstaltung L2002: Übungen zur Materialphysik und -modellierung
Typ Gruppenübung
SWS 2
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Robert Meißner, Prof. Patrick Huber
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt

Ziel der Veranstaltung:


- Vertiefung des Verständnisses des Vorlesungsstoffes in Materialphysik (mikroskopische Struktur, Gitterschwingungen, Dynamik der Elektronen, thermische und elektrische Eigenschaften von Materialien) anhand von Rechenübungen.

- Erlernen von Fähigkeiten zur atomistischen Simulation von Materialien auf Basis von ab-initio und klassischen Kraftfeldrechnungen durch Hands-on Tutorials.

- Vertiefung des Verständnisses im Umgang mit den Methoden zur atomistischen Simulation durch Rechenübungen in kleinen Gruppen, die die Algorithmen und theoretischen Grundlagen behandeln.
Literatur

- Daan Frenkel & Berend Smit: Understanding Molecular Simulation from Algorithms to Applications

- Rudolf Gross und Achim Marx: Festkörperphysik

- Neil Ashcroft and David Mermin: Solid State Physics

Modul M1170: Phänomene und Methoden der Materialwissenschaften

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Experimentelle Methoden der Materialcharakterisierung (L1580) Vorlesung 2 3
Phasengleichgewichte und Umwandlungen (L1579) Vorlesung 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Jörg Weißmüller
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Kenntnisse in Werkstoffwissenschaften, z.B. aus den Modulen Werkstoffwissenschaft I/II


Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können die Eigenschaften von modernen Hochleistungswerkstoffen sowie deren Einsatz in der Technik erläutern. Sie können die werkstoffwissenschaftliche Bedeutung und Anwendung von metallischen Werkstoffen, Keramiken, Polymeren, Halbleitern sowie von modernen Kompositmaterialien (insbesondere Biomaterialien) und Nanomaterialien beschreiben.

Fertigkeiten

Die Studierenden sind nach dem Erlernen grundlegender Prinzipien des Materialdesigns in der Lage, selbst neue Materialkonfigurationen mit gewünschten Eigenschaften zusammenzustellen.
Die Studierenden können einen Überblick über moderne Werkstoffe geben und optimale Werkstoffkombinationen für vorgegebene Anwendungen zusammenstellen.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können Lösungen gegenüber Spezialisten präsentieren und Ideen weiterentwickeln.

Selbstständigkeit

Die Studierenden können ...

  • ihre eigenen Stärken und Schwächen ermitteln.
  • benötigtes Wissen aneignen.
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 90 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Vertiefung II. Produktentwicklung und Produktion: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Kernqualifikation: Pflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktentwicklung: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktion: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Werkstoffe: Pflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1580: Experimentelle Methoden der Materialcharakterisierung
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Dr. Jürgen Markmann, Prof. Patrick Huber
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt
  • Strukturelle Chrakterisierungsmethoden mit Photonen, Neutronen und Elektronen (insbesondere Röntgen- und Neutronenbeugung, Elektronenmikroskopie, Tomographietechniken, grenzflächensensitive Methoden)
  • Mechanische und thermodynamische Charakterisierungsmethoden (Indentermessungen
  • Charakterisierung von optischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften (Spektroskopie, elektrische Leitfähigkeit, Magnetometrie)

Literatur

William D. Callister und David G. Rethwisch, Materialwissenschaften und Werkstofftechnik, Wiley&Sons, Asia (2011).

William D. Callister, Materials Science and Technology, Wiley& Sons, Inc. (2007).

Lehrveranstaltung L1579: Phasengleichgewichte und Umwandlungen
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Jörg Weißmüller
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt

Grundlagen der statistischen Physik, formale Struktur der phänomenologischen Thermodynamik, einfache atomistische Modelle und freie Energiefunktionen für Mischkristalle und Verbindungen. Korrekturen bei nichtlokaler Wechselwirkung (Elastizität, Gradiententerme). Phasengleichgewicht und Legierungsphasendiagramme als Konsequenz daraus. Einfache atomistische Betrachtungen für Wechselwirkungsenergien in metallischen Mischkristallen. Diffusion in realen Systemen. Kinetik von Phasenumwandlungen unter anwendungsrelevanten Randbedingungen. Partitionierung, Stabilität und Morphologie an Erstarrungsfronten. Ordnung von Phasenübergängen, Glasübergang. Phasenübergänge in nano- und mikroskaligen Systemen.

Literatur

D.A. Porter, K.E. Easterling, “Phase transformations in metals and alloys”, New York, CRC Press, Taylor & Francis, 2009, 3. Auflage

Peter Haasen, „Physikalische Metallkunde“ , Springer 1994

Herbert B. Callen, “Thermodynamics and an introduction to thermostatistics”, New York, NY: Wiley, 1985, 2. Auflage.

Robert W. Cahn und Peter Haasen, "Physical Metallurgy", Elsevier 1996

H. Ibach, “Physics of Surfaces and Interfaces” 2006, Berlin: Springer.

Modul M1569: Angewandte Computermethoden der Materialwissenschaft

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Angewandte Computermethoden für Materialwissenschaften (L1626) Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung 3 6
Modulverantwortlicher Prof. Norbert Huber
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse Grundkenntnisse in Technischer Mechanik (Statik, Festigkeitslehre, Biegebalken), Grundlagen mechanischer Eigenschaften von Werkstoffen (Elastizität, Plastizität), Werkstoffkunde (Zugversuch, Härtemessung, Biegefestigkeit), Grundlagen in Programmierung (Python)
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen Die Studierenden können eine Probe/ein Bauteil in einem FEM-Preprozessor modellieren, vernetzen und mit Randbedingungen sowie einem geeigneten Materialmodell versehen. Sie sind in der Lage, 2D-Modelle (ebene Dehnung, axialsymmetrisch) sowie 3D-Modelle zu erstellen und diese mit Hilfe von ABAQUS zu lösen. Im Weiteren können Sie Kontakt implementieren, wie es z.B. für die Berechnung eines Nanoindentationsexperiments oder eines 4-Punkt-Biegeversuchs mit Rollen erforderlich ist. Mit Hilfe von Python können sie die Simulationsergebnisse automatisiert lesen und weiterverarbeiten. Mit Hilfe einer Skriptsteuerung sind Sie in der Lage, Jobs automatisiert abzuschicken und auszuwerten, um damit Datenbanken aufzubauen. Mit Hilfe von maschinellem Lernen können die Studierenden diese Datenbanken auf ihnen zu Grunde liegende Zusammenhänge analysieren und Hypothesen bezüglich Eindeutigkeit und Vollständigkeit eines Problems testen.
Fertigkeiten

Die Studierenden sind in der Lage, ein gegebenes Problem mit wissenschaftlichen Methoden in Teilprobleme zu zerlegen und sich zur Lösung dieser Teilprobleme die nötigen Kompetenzen anzueignen. Sie lernen an Beispielen, wie Hypothesen aufgestellt werden und diese mit Hilfe von Computermethoden verifiziert oder falsifiziert werden. Darüber hinaus lernen sie, wie zum einen die Ergebnisse der Teilprobleme auf Korrektheit validiert und wissenschaftlich diskutiert werden und zum anderen die Summe der Teillösungen im Kontext des Gesamtproblems und der aufgestellten Hypothesen zu diskutieren ist. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit ist die Dokumentation in einem schriftlichen Bericht, der in seinem Stil und Aufbau einer wissenschaftlichen Arbeit entspricht und alle wesentlichen Elemente enthält.


Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Über Problembasiertes Lernen werden die Studierenden in der Lage sein, in kleinen Gruppen zu arbeiten. Dies beinhaltet die Diskussion des eigentlichen Inhalts der Problemstellung, das Aufstellen von Hypothesen, deren Priorisierung und die Vereinbarung von Teilproblemen, die in einer strukturierten Weise abgearbeitet werden. Daher basiert ein wesentlicher Teil des Moduls auf Kommunikationsfähigkeiten, Organisation und Zeitmanagement. Schließlich ist die Fähigkeit, ein Problem in die richtigen Teilprobleme zu zerlegen und die Ergebnisse dieser wieder zusammenzuführen, um die Antwort für das Gesamtproblem zu erhalten, essenziell für eine effiziente und effektive Problemlösung im Allgemeinen.

 

Selbstständigkeit Das Erarbeiten des nötigen Know-Hows und die Lösung der Teilprobleme ist eine Individualleistung. Damit sind die Studierenden in der Lage, sich selbstständig in neue Computermethoden (hier konkret Python-Programmierung, FE-Modellierung, Maschinelles Lernen) einzuarbeiten und diese je nach Problemstellung in dem erforderlichen Umfang zu erweitern. Ebenso erlernen die Studierenden, ihre Methoden und Ergebnisse in nachvollziehbarer Form zu dokumentieren und über die Korrekturen der Berichte Feedback aufzunehmen und darüber ihre Fähigkeiten stetig weiter zu verbessern.
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 138, Präsenzstudium 42
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Fachtheoretisch-fachpraktische Arbeit
Prüfungsdauer und -umfang Insgesamt 3 Probleme, Bearbeitungsdauer je 3-4 Wochen, jeweils abgeschlossen durch Abgabe eines schriftlichen Berichts. Bewertung Gruppen-/Individualleistung 50/50.
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Kernqualifikation: Pflicht
Lehrveranstaltung L1626: Angewandte Computermethoden für Materialwissenschaften
Typ Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung
SWS 3
LP 6
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 138, Präsenzstudium 42
Dozenten Prof. Norbert Huber
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt

Finite Elemente Methode (Diskretisierung, Solver, Programmierung mit Python, Automatisierte Steuerung und Auswertung von Parameterstudien)

Beispiele der Elastomechanik (Zug, Biegung, Vierpunktbiegung, Kontakt)

Materialverhalten (Elastizität, Plastizität, kleine und große Deformationen, Nichtlinearitäten)

Lösung inverser Probleme (maschinelle Datengenierung, Neuronale Netze, direkte und inverse Lösungen, Existenz und Eindeutigkeit)


Literatur

Alle Vorlesungsmaterialien und Beispiellösungen (Input-Dateien, Python Scirpte) werden auf Stud.IP zur Verfügung gestellt.

All lecture material and example solutions (input files, python scripts) will be made available in Stud.IP.

Modul M1219: Fortgeschrittenenpraktikum Materialwissenschaften

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Fortgeschrittenenpraktikum Materialwissenschaftlichen (L1653) Laborpraktikum 6 6
Modulverantwortlicher Prof. Jörg Weißmüller
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundkenntnisse in Materialwissenschaften

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden erwerben Kenntnisse über ausgewählte Experimentierverfahren der Materialwissenschaft. Sie kennen den Ablauf repräsentativer Experimente, typisch mit Probenpräparation und Vorbereitungen, Charakterisierung, Datenreduktion, Auswertung, Fehlerdiskussion und Interpretation der Ergebnisse.

Fertigkeiten

Die Studierenden können

  • Fachversuche nach Einweisung selbstständig ausführen
  • Messdaten analysieren
  • die Ergebnisse kritisch bewerten und die Implikationen im fachlichen Kontext erkennen 
Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können

  • in Teamarbeit Versuche durchzuführen und ein Protokoll erarbeiten
  • wissenschaftliche Themen in Vortragsform einem Fachpublikum vorstellen
Selbstständigkeit

Die Studierenden sind in der Lage

  • sich in effektiv selbstorganisierter Weise die Praktikumsinhalte mit wissenschaftlicher Methodik erschließen 
  • die Versuchsergebnisse sowie die zugrundeliegende Vorgehensweise eigenständig schriftlich darzustellen 
  • weiteren Informationsbedarf zu erkennen und eine Strategie zu entwickeln, um ihr Wissen selbstständig zu erweitern
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 96, Präsenzstudium 84
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Schriftliche Ausarbeitung
Prüfungsdauer und -umfang ca. 25 Seiten
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Kernqualifikation: Pflicht
Lehrveranstaltung L1653: Fortgeschrittenenpraktikum Materialwissenschaftlichen
Typ Laborpraktikum
SWS 6
LP 6
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 96, Präsenzstudium 84
Dozenten Prof. Jörg Weißmüller, Prof. Stefan Müller, Prof. Patrick Huber, Prof. Bodo Fiedler, Prof. Gerold Schneider
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

siehe Versuchsbeschreibungen auf StudIP


  • Verarbeitung, Eigenschaften und Struktur von Kunststoffen und deren Verbundwerkstoffen


  • Flüssigkeitstransport durch poröse Materialien




Literatur
  • siehe Versuchsbeschreibungen sowie die dort angegebenen Literaturverweise auf StudIP

Modul M1226: Mechanische Eigenschaften

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Mechanisches Verhalten spröder Materialien (L1661) Vorlesung 2 3
Theorie der Versetzungsplastizität (L1662) Vorlesung 2 3
Modulverantwortlicher Dr. Erica Lilleodden
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundlagen der Werkstoffwissenschaften I/II

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Studierende können in der Kristallographie, Statik (Freikörperbilder, Traktionen) Grundlagen der Thermodynamik (Energieminimierung, Energiebarrieren, Entropie) grundlegende Konzepte erklären.

Fertigkeiten

Studierende sind in der Lage, standardisierte Berechnungsmethoden durchzuführen: Tensor Berechnungen, Ableitungen, Integrale, Tensor-Transformationen

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können:

- angemessen Feedback geben und mit Rückmeldungen zu ihren eigenen Leistungen konstruktiv umgehen.

Selbstständigkeit

Studierende sind fähig:

- eigene Stärken und Schwächen allgemein einzuschätzen

- angeleitet durch Lehrende ihren jeweiligen Lernstand konkret zu beurteilen und auf dieser Basis weitere Arbeitsschritte zu definieren.

- selbständig auf Basis von Vorträgen zu arbeiten um Probleme zu lösen, und, wenn nötig, um Hilfe oder Klarstellungen zu bitten

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 90 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Kernqualifikation: Pflicht
Mechanical Engineering and Management: Vertiefung Werkstoffe: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktentwicklung: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktion: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Werkstoffe: Pflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1661: Mechanisches Verhalten spröder Materialien
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Gerold Schneider
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

Theoretische Festigkeit
eines perfekten Materials, theoretische kritische Schubspannung

Tatsächliche Festigkeit von spröden Materialien
Energiefreisetzungsrate, Spannungsintensitätsfaktor, Bruchkriterium

Streuung der Festigkeit
Fehlerverteilung, Festigkeitsverteilung, Weibullverteilung

Heterogene Materialien I
Innere Spannungen, Mikrorisse, Stoffgesetze (E-Modul parallel, senkrecht)

Heterogene Materialien II
Verstärkungsmechanismen: Rissbrücken, Faser

Heterogene Materialien III
Verstärkungsmechanismen: Prozesszone

Messmethoden der zur Bestimmung der Bruchzähigkeit spröder Materialien

R-Kurve, stabiles/ instabile Risswachstum, Fraktographie

Thermoschock

Unterkritisches Risswachstum
v-K-Kurve, Lebensdauerberechnung

Kriechen

Mechanische Eigenschaften von biologischen Materialien

Anwendungsbeispiele zur mechanischen zuverlässigen Auslegung keramischer Bauteile

Literatur

D R H Jones, Michael F. Ashby, Engineering Materials 1, An Introduction to Properties, Applications and Design, Elesevier

D.J. Green, An introduction to the mechanical properties of ceramics”, Cambridge University Press, 1998

B.R. Lawn, Fracture of Brittle Solids“, Cambridge University Press, 1993

D. Munz, T. Fett, Ceramics, Springer, 2001

D.W. Richerson, Modern Ceramic Engineering, Marcel Decker, New York, 1992

Lehrveranstaltung L1662: Theorie der Versetzungsplastizität
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Dr. Erica Lilleodden
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

Dieser Kurs deckt die Grundsätze der Versetzungstheorie aus einer metallkundlichen Perspektive ab und bietet ein grundlegendes Verständnis der Beziehungen zwischen mechanischen Eigenschaften und Defektverteilungen.

Wir werden das Konzept von Versetzungen betrachten und einen Überblick über wichtige Konzepte (z.B. lineare Elastizität, Spannungs-Dehnungs-Beziehungen, und Stressverformung) für Theorieentwicklung erhalten. Wir werden die Theorie der Versetzungsplastizität durch abgeleitete Spannungs- und Dehnungs-Felder, dazugehörende Energien, und der induzierten Kräfte auf Versetzungen aufgrund interner und externer Spannungen entwickeln. Versetzungsstrukturen werden diskutiert, inkl. Kernstrukturmodelle, Stapelfehlern und Versetzungs-Arrays (inkl. einer Beschreibung der Grenzfläche). Mechanismen von Versetzungsmultiplikation und -Verfestigung werden abgedeckt, genau so wie generelle Prinzipien von Kriechverhalten und Dehngeschwindigkeitsempfindlichkeit. Weitere Themen beinhalten nicht-FCC Versetzungen mit einem Fokus auf dem Unterschied in Struktur und korrespondierenden Implikationen auf Versetzungsmobilität und makroskopischem mechanischen Verhalten; und Versetzungen in finiten Volumen.

Literatur

Vorlesungsskript

Aktuelle Publikationen

Bücher:

Introduction to Dislocations, by D. Hull and D.J. Bacon

Theory of Dislocations, by J.P.  Hirth and J. Lothe

Physical Metallurgy, by Peter Hassen

Modul M1197: Mehrphasige Materialien

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Polymermatrix Verbundwerkstoffe (L1891) Vorlesung 3 3
Ringvorlesung: Multiskalenmaterialien (L1659) Vorlesung 3 3
Modulverantwortlicher Prof. Robert Meißner
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Kenntnisse in den Grundlagen der Polymere, Physik und Mechanik/Mikromechanik



Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen
Studierende können

- die komplexen Zusammenhänge der Mechanik von Verbundwerkstoffen, die Versagensmechanismen und die physikalische Eigenschaften erklären.

- die Wechselwirkungen von  Mikrostruktur und Eigenschaften der Matrix und der Verstärkungsmaterialien beurteilen.

- z.B. unterschiedlichen  Fasertypen unter Einbeziehung fachangrenzender Kontexte erläutern (z.B. Nachhaltigkeit, Umweltschutz).

Sie kennen unterschiedliche Methoden der Modellierung mehrphasiger Werkstoffe und können diese anwenden.

Fertigkeiten

Studierende sind in der Lage,

- standardisierte Berechnungsmethoden und Modellierung mit der Finite Elemente Methode in einem angegebenen Kontext einzusetzen, um Diskretisierung, Solver, Programmierung mit Python, Automatisierte Steuerung und Auswertung von Parameterstudien einzusetzen und Beispiele der Elastomechanik (Zug, Biegung, Vierpunktbiegung, Rissausbreitung, J-Integral, Kohäsivzonen-Modelle, Kontakt) zu berechnen.

- Das Materialverhalten (Elastizität, Plastizität, kleine und große Deformationen, Modellierung mehrphasiger Materialien) zu bestimmen.

- Mechanische Eigenschaften (Modul, Festigkeit) zu berechnen und die unterschiedlichen Materialien zu bewerten.

- Überschlägige Dimensionierung mit Hilfe der Netztheorie der Konstruktionselemente durchführen und bewerten.

- Für werkstoffliche Probleme geeignete Lösungen auszuwählen: Lösung inverser Probleme (Neuronale Netze, Optimierungsverfahren).

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können

- in heterogen Gruppen zu fundierten Arbeitsergebnissen kommen und diese dokumentieren.

- angemessen Feedback geben und mit Rückmeldungen zu ihren eigenen Leistungen konstruktiv umgehen.

Selbstständigkeit

Studierende sind fähig,

- eigene Stärken und Schwächen einzuschätzen

- ihren jeweiligen Lernstand konkret zu beurteilen und auf dieser Basis weitere Arbeitsschritte zu definieren.

Sie sind fähig, eigene Wissenslücken anhand vorgegebener Quellen zu schließen sowie Fachthemen eigenständig zu erarbeiten. Sie sind ferner in der Lage, vorgegebene Aufgabenstellungen sinnvoll zu erweitern und diese sodann mit selbst zu definierenden Konzepten/Ansätzen pragmatisch zu lösen.


Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 96, Präsenzstudium 84
Leistungspunkte 6
Studienleistung
Verpflichtend Bonus Art der Studienleistung Beschreibung
Ja 0 % Schriftliche Ausarbeitung
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 2 h Klausur in Polymermatrix Verbundwerkstoffe
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Kernqualifikation: Pflicht
Lehrveranstaltung L1891: Polymermatrix Verbundwerkstoffe
Typ Vorlesung
SWS 3
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 48, Präsenzstudium 42
Dozenten Prof. Robert Meißner
Sprachen DE
Zeitraum SoSe
Inhalt

Herstellung und Eigenschaften von Carbon Nanotubes (CNTs) and Graphenen (FLG)

Herstellung und Eigenschaften von 3-dimensionalen Kohlenstoffstrukturen

Herstellung und Eigenschaften von Verbunden aus Kohlenstoff-Strukturen und Thermoplasten bzw. Duromeren als Matrix

Literatur Aktuelle Veröffentlichungen
Lehrveranstaltung L1659: Ringvorlesung: Multiskalenmaterialien
Typ Vorlesung
SWS 3
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 48, Präsenzstudium 42
Dozenten Prof. Gerold Schneider, Prof. Norbert Huber, Prof. Stefan Müller, Prof. Patrick Huber, Prof. Manfred Eich, Prof. Bodo Fiedler, Dr. Erica Lilleodden, Prof. Jörg Weißmüller, Prof. Robert Meißner
Sprachen DE
Zeitraum SoSe
Inhalt

Die in dieser Vorlesung behandelten Materialien unterscheiden sich von den „klassischen“ Werkstoffen durch ihre individuelle hierarchische Mikrostruktur. Beim klassischen Gefügedesign wird z.B. durch Wärmebehandlung und gleichzeitige mechanische Verformung die Morphologie des Gefüges eingestellt. Das Material wird schrittweise durch kleine Veränderungen der Struktur oder der chemischen Zusammensetzung auch unter Ausnutzung von Selbstorganisationsprozessen (Ausscheidungslegierungen, Glaskeramiken, eutektische Gefüge) kontinuierlich und stetig optimiert.

Die vorgestellten Materialien bestehen aus funktionalisierten elementaren Funktionseinheiten basierend auf Polymer, Keramik, Metall und Carbon Nanotubes (CNT), aus denen makroskopische hierarchische Materialsysteme erzeugt werden, deren charakteristische Längen von der Nanometer- bis zur Zentimeterskala reichen. Diese elementaren Funktionseinheiten sind durch Kern-Schale-Strukturen oder durch in Metallen mittels Legierungskorrosion erzeugte, mit Polymeren gefüllte Hohlräume gegeben.

Dabei werden drei Klassen von Materialsystemen vorgestellt:

Zum einen handelt es sich um hierarchisch strukturierte Keramik/Metall-Polymer-Materialsysteme ähnlich den natürlichen Vorbildern Perlmutt (1 hierarchische Ebene), Zahnschmelz (3 hierarchische Ebenen) oder Knochen (5 hierarchische Ebenen). Ausgehend von einer elementaren Funktionseinheit bestehend aus einem von einer Polymerhülle umgebenen keramischen Nanoteilchen, resultiert ein Material, in dem auf allen hierarchischen Ebenen alternierend „harte“ Teilchen, bestehend aus der jeweils niedrigeren hierarchischen Ebene, von weichen Polymeren umgeben sind. Die dadurch auf jeder hierarchischen Ebene erzeugte Kern-Schale-Struktur ist der grundsätzliche Unterschied zu einem Verbundwerkstoff mit einem starren interpenetrierenden keramischen oder metallischen Netzwerk.

Das zweite vorgestellte Materialsystem basiert auf nanoporösem Gold, das als Prototypmaterial für neuartige Bauteile im strukturellen Leichtbau mit gleichzeitig aktorischen Eigenschaften vorgestellt wird. Behandelt werden die Materialherstellung und die daraus resultierenden skalenspezifischen mechanischen Eigenschaften. Darüber hinaus wird in die damit verbundenen skalenübergreifende theoretischen Modelle zum mechanischen Verhalten eingeführt. Dies beinhaltet den gesamten Skalenbereich von der elektronischen Struktur auf atomarer Skala bis hin zu zentimetergroßen, makroskopischen Probekörpern.

Neuartige hierarchische nanostrukturierte Materialsysteme auf der Basis von thermisch stabilen Keramiken und Metallen für die Photonik bei hohen Temperaturen mit Anwendungsperspektiven für thermophotovoltaische Systeme (TPV) und Thermal Barrier Coatings (TBC) sind der dritte Werkstoffbereich der Vorlesung. Insbesondere sind hier direkte und invertierte 3D-photonische Kristallstrukturen (PhK) und neuartige optisch hyperbolische Medien zu nennen. Die PhK weisen aufgrund ihrer Periodizität und des Brechungsindexkontrastes eine photonische Bandstruktur auf, die mit photonischen Bandlücken, mit Bereichen besonders hoher photonischer Zustandsdichten und mit speziellen Dispersionsrelationen einhergeht. Die dargestellten Eigenschaften sollen hier genutzt werden, um in TBCs thermische Strahlung stark und gerichtet zu reflektieren bzw. um in TPV-Systemen Strahlung effektiv und effizient zu koppeln.

Literatur

Aktuelle Publikationen

Modul M1199: Moderne Funktionsmaterialien

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Moderne Funktionsmaterialien (L1625) Seminar 2 6
Modulverantwortlicher Prof. Patrick Huber
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Kenntnisse in Werkstoffwissenschaften, z.B. aus den Modulen Werkstoffwissenschaft I/II


Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können die Eigenschaften von modernen Hochleistungswerkstoffen sowie deren Einsatz in der Technik erläutern. Sie können die werkstoffwissenschaftliche Bedeutung und Anwendung von metallischen Werkstoffen, Keramiken, Polymeren, Halbleitern sowie von modernen Kompositmaterialien (insbesondere Biomaterialien) und Nanomaterialien beschreiben.

Fertigkeiten

Die Studierenden sind nach dem Erlernen grundlegender Prinzipien des Materialdesigns in der Lage, selbst neue Materialkonfigurationen mit gewünschten Eigenschaften zusammenzustellen.
Die Studierenden können einen Überblick über moderne Werkstoffe geben und optimale Werkstoffkombinationen für vorgegebene Anwendungen zusammenstellen.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können Lösungen gegenüber Spezialisten präsentieren und Ideen weiterentwickeln.

Selbstständigkeit

Die Studierenden können ...

  • ihre eigenen Stärken und Schwächen ermitteln.
  • benötigtes Wissen aneignen.
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 152, Präsenzstudium 28
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Referat
Prüfungsdauer und -umfang 30 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Kernqualifikation: Pflicht
Mechanical Engineering and Management: Vertiefung Werkstoffe: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Künstliche Organe und Regenerative Medizin: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Implantate und Endoprothesen: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Medizin- und Regelungstechnik: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Management und Administration: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1625: Moderne Funktionsmaterialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 6
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 152, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Patrick Huber, Prof. Stefan Müller, Prof. Bodo Fiedler, Prof. Gerold Schneider, Prof. Jörg Weißmüller, Prof. Christian Cyron
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt

1. Poröse Festkörper - Präparation, Charakterisierung und Funktionalitäten
2. Fluidik mit nanoporösen Membranen
3. Thermoplastische Elastomere
4. Eigenschaftsoptimierung von Kunststoffen durch Nanopartikel
5. Faserverbundwerkstoffe
6. Werkstoffmodellierung auf quantenmechanischer Basis
7. Biomaterialien

Literatur

Aktuelle Publikationen aus der Fachliteratur werden während der Veranstaltung bekanntgegeben.

Modul M1221: Studienarbeit Moderne Probleme der Materialwissenschaften

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Modulverantwortlicher Prof. Jörg Weißmüller
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundkenntnisse in Materialwissneschaften

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Auf dem Gebiet der Studienarbeit können die Studierenden zum Stand der Forschung, Entwicklung oder Anwendung Beispiele geben und diese kritisch unter Berücksichtigung aktueller Probleme und Rahmenbedingungen in Wissenschaft und Gesellschaft diskutieren.

Sie kennen die für die spezifische Fragestellung relevanten materialwissenschaftlichen Grundlagen sowie geeignete methodische Ansätze zur Lösung der Problemstellung der Studienarbeit.


Fertigkeiten

Die Studierenden haben sich mit der Vorgehensweise zur selbständigen Erarbeitung des Hintergrundwissens für die Lösungen eines materialwissenschaftlichen Spezialthemas vertraut gemacht. Sie können hierfür relevante Ressourcen (zum Beispiel Suchmaschinen und Datenbanken für wissenschaftliche Publikationen oder Patente) nutzen.

Sie sind vertraut mit dem Verfassen eines auf ein Fachpublikum zielenden Berichts, einschließlich der Konventionen für Gliederung, Literaturzitaten und Bibliografie.

Wissenschaftliche Arbeitstechniken, die sie zur eigenen Projektbearbeitung gewählt haben, können sie detailliert darlegen und kritisch erörtern.

Die Studierenden können selbstständig Experimente, Berechnungen oder Simulationen zum Spezialthema der Studienarbeit durchführen, die Daten analysieren und die Ergebnisse kritisch diskutieren. 

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können

  • wissenschaftliche Ergebnisse Zielgruppengerecht diskutieren
  • Ergebnisse in einer Studienarbeit dokumentieren
  • wissenschaftlicher Themen in Vortragsform präsentieren
Selbstständigkeit

Die Studierenden sind vertraut mit den Herausforderungen und der Vorgehensweise bei der selbständigen Lösung einer neuen Forschungsaufgabe auf dem Gebiet der Materialwissenschaft (siehe dazu auch Fachkompetenz/Fertigkeiten).

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 360, Präsenzstudium 0
Leistungspunkte 12
Studienleistung Keine
Prüfung Studienarbeit
Prüfungsdauer und -umfang laut FSPO
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Kernqualifikation: Pflicht

Fachmodule der Vertiefung Konstruktionswerkstoffe

In der Vertiefung Konstruktionswerkstoffe erlernen die Studierenden die ingenieurmäßige Anwendung der verschiedenen Werkstoffgruppen auch unter technologischen Gesichtspunkten. Die Studierenden sind in der Lage Entscheidungen bzgl. der Werkstoffauswahl, Fertigung, Qualitätssicherung und Schadensbewertung durchzuführen.

Modul M1342: Kunststoffe

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Aufbau und Eigenschaften der Kunststoffe (L0389) Vorlesung 2 3
Verarbeitung und Konstruieren mit Kunststoffen (L1892) Vorlesung 2 3
Modulverantwortlicher Dr. Hans Wittich
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse Grundlagen aus der Chemie / Physik / Werkstoffkunde 
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Studierende können

- die Grundlagen der Kunststoffe wiedergeben und kennen die entsprechenden Prüf- und Analysemethoden.

- die komplexen Zusammenhänge  Struktur-Eigenschaftsbeziehung erklären.

- die Wechselwirkungen von chemischen Aufbau der Polymere unter Einbeziehung fachangrenzender Kontexte erläutern (z.B. Nachhaltigkeit, Umweltschutz).

Fertigkeiten

Studierende sind in der Lage standardisierte Berechnungsmethoden in einem angegebenen Kontext einzusetzen, um

- mechanische Eigenschaften (Modul, Festigkeit) zu berechnen und die unterschiedlichen Materialien zu bewerten.

- für werkstoffliche Probleme geeignete Lösungen auszuwählen und zu dimensionieren, z.B. Steifigkeit, Korrosion, Festigkeit.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können

- in heterogen Gruppen zu fundierten Arbeitsergebnissen kommen und diese dokumentieren.

- angemessen Feedback geben und mit Rückmeldungen zu ihren eigenen Leistungen konstruktiv umgehen.


Selbstständigkeit

Studierende sind fähig,

- eigene Stärken und Schwächen einzuschätzen

- ihren jeweiligen Lernstand konkret zu beurteilen und auf dieser Basis weitere Arbeitsschritte zu definieren.

- mögliche Konsequenzen ihres beruflichen Handelns einzuschätzen.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 180 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Implantate und Endoprothesen: Pflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Künstliche Organe und Regenerative Medizin: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Management und Administration: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Medizin- und Regelungstechnik: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktion: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Werkstoffe: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktentwicklung: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0389: Aufbau und Eigenschaften der Kunststoffe
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Dr. Hans Wittich
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt - Struktur und Eigenschaften der Kunststoffe
- Aufbau des Makromoleküls
  Konstitution, Kofiguration, Konformation, Bindungen,
  Polyreaktionen, Molekulargewichtsverteilung
- Morphologie
  Amorph, Kristallisation, Mischungen
- Eigenschaften
  Elastizität, Plastizität, Wechselbelastungen,
- Thermische Eigenschaften,
- Elektrische Eigenschaften
- Theoretische Modelle zur Vorhersage der Eigenschaften
- Anwendungsbeispiele
Literatur Ehrenstein: Polymer-Werkstoffe, Carl Hanser Verlag
Lehrveranstaltung L1892: Verarbeitung und Konstruieren mit Kunststoffen
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Bodo Fiedler, Dr. Hans Wittich
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt

Verarbeitung der Kunststoffe: Eigenschaften; Kalandrieren; Extrusion; Spritzgießen; Thermoformen; Schäumen; Fügen

Designing with Polymers: Materials Selection; Structural Design; Dimensioning

Literatur

Osswald, Menges: Materials Science of Polymers for Engineers, Hanser Verlag
Crawford: Plastics engineering, Pergamon Press
Michaeli: Einführung in die Kunststoffverarbeitung, Hanser Verlag

Konstruieren mit Kunststoffen, Gunter Erhard , Hanser Verlag

Modul M1570: Ermüdung metallischer Strukturwerkstoffe und Verfahren für die Lebensdauerverlängerung

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Ermüdung metallischer Strukturwerkstoffe (L2355) Vorlesung 2 3
Verfahren für die Lebensdauerverlängerung (L2356) Vorlesung 2 3
Modulverantwortlicher PD Dr. Nikolai Kashaev
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen
Fertigkeiten
Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz
Selbstständigkeit
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 120 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L2355: Ermüdung metallischer Strukturwerkstoffe
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten PD Dr. Nikolai Kashaev
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt
  1. Einführung (Definition, Historisches). Versagensverhalten von metallischen Konstruktionswerkstoffen
  2. Experimentelle Methodik
  3. Grundzüge der Bruchmechanik und deren Konsequenzen für die Ermüdung
  4. Ermüdungsrissausbreitung
  5. Rissschließeffekte
  6. Vorhersagekonzepte für die Ermüdungsrissausbreitung
  7. Ermüdung bei sehr hohen Lastspielzahlen (VHCF), kurze Risse
  8. Bruchmechanische Wöhlerkurve
  9. Innovative Fertigungstechnologien und deren Einfluss auf Ermüdungsverhalten (Schweißverfahren)
  10. Innovative Fertigungstechnologien und deren Einfluss auf Ermüdungsverhalten
    (Generative Fertigungsverfahren)
  11. Konzepte für die Strukturintegritätsbewertung (Fail-Safe, Safe-Life, Damage-Tolerance, Defect-Tolerance).
Literatur TBD
Lehrveranstaltung L2356: Verfahren für die Lebensdauerverlängerung
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten PD Dr. Nikolai Kashaev
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt
  1. Einführung (Definition, Historisches). Versagensverhalten von metallischen Konstruktionswerkstoffen
  2. Experimentelle Methodik
  3. Grundzüge der Bruchmechanik und deren Konsequenzen für die Ermüdung
  4. Ermüdungsrissausbreitung
  5. Rissschließeffekte
  6. Vorhersagekonzepte für die Ermüdungsrissausbreitung
  7. Ermüdung bei sehr hohen Lastspielzahlen (VHCF), kurze Risse
  8. Bruchmechanische Wöhlerkurve
  9. Innovative Fertigungstechnologien und deren Einfluss auf Ermüdungsverhalten (Schweißverfahren)
  10. Innovative Fertigungstechnologien und deren Einfluss auf Ermüdungsverhalten
    (Generative Fertigungsverfahren)
  11. Konzepte für die Strukturintegritätsbewertung (Fail-Safe, Safe-Life, Damage-Tolerance, Defect-Tolerance).
Literatur

Modul M1344: Verarbeitung von Faser-Kunststoff-Verbunde

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Verarbeitung von Faser-Kunststoff-Verbunde (L1895) Vorlesung 2 3
Vom Molekül zum Composite Bauteil (L1516) Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Bodo Fiedler
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Kenntnisse in den Grundlagen der Chemie / Physik / Werkstoffkunde 

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen Die Studierenden können einen Überblick über die fachlichen Details der Verarbeitung von Verbunderkstoffen geben und können ihre Zusammenhänge erklären. Sie können relevante Problemstellungen in fachlicher Sprache beschreiben und kommunizieren. Sie können den typischen Ablauf bei der Lösung praxisnaher Probleme schildern und Ergebnisse präsentieren.
Fertigkeiten

Die Studierenden können ihr Grundlagenwissen aus dem Maschinenbau in die Lösung praktischer Aufgabenstellung transferieren. Sie erkennen und überwinden typische Probleme bei der Umsetzung maschinenbaulicher Projekte. Sie können für nicht-standardisierte Fragestellungen Lösungskonzepte erarbeiten, vergleichen und auswählen.  

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz Die Studierenden können in kleinen, fachlich gemischten Gruppen gemeinsam Lösungen für maschinenbauliche Probleme entwickeln und diese einzeln oder in Gruppen vor Fachpersonen präsentieren und erläutern. Sie können alternative Lösungswege einer maschinenbaulichen Aufgabenstellung eigenständig oder in Gruppen entwickeln sowie Vor- bzw. Nachteile diskutieren. 
Selbstständigkeit Die Studierenden sind in der Lage anhand von zur Verfügung gestellten Unterlagen maschinenbauliche Fragestellungen selbstständig zu lösen. Sie sind fähig, eigene Wissenslücken anhand vorgegebener Quellen zu schließen sowie Fachthemen eigenständig zu erarbeiten. Sie sind ferner in der Lage vorgegebene Aufgabenstellungen sinnvoll zu erweitern und diese sodann mit selbst zu definierenden Konzepten/Ansätzen pragmatisch zu lösen.
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 90 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Mechanical Engineering and Management: Vertiefung Werkstoffe: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktentwicklung: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktion: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Werkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1895: Verarbeitung von Faser-Kunststoff-Verbunde
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

Verarbeitung der Verbundwerkstoffe: Handlaminieren; Pre-Preg; GMT; BMC; SMC; RIM; Pultrusion; Wickelverfahren

Literatur Åström: Manufacturing of Polymer Composites, Chapman and Hall
Lehrveranstaltung L1516: Vom Molekül zum Composite Bauteil
Typ Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

Die Studierenden bekommen die Aufgabenstellung in Form einer Kundenanfrage für die Entwicklung und Fertigung eines MTB-Lenkers aus Faserverbundwerkstoffen. In der Aufgabenstellung sind technische und normative Anforderungen angeführt, alle weiteren benötigten Informationen kommen aus den Vorlesungen und Übungen bzw. den jeweiligen Unterlagen (elektronisch und im Gespräch).

Der Ablauf ist in einem Meilensteinplan angeben und ermöglicht den Studierenden Teilaufgaben zu planen und so kontinuierlich zu arbeiten. Bei Projektende besitzt jede Gruppe einen selbst gefertigten Lenker mit geprüfter Qualität.

In den einzelnen Projekttreffen werden die Konzeption (Diskussion der Anforderungen und Risiken) hinterfragt. Die Berechnungen analysiert, die Fertigungsmethoden evaluiert und festgelegt. Materialien werden ausgewählt und der Lenker wird gefertigt. Die Qualität und die mechanischen Eigenschaften werden geprüft und eingeordnet. Am Ende  Abschlussbericht erstellt (Zusammenstellung der Ergebnisse für den „Kunden“).

Nach der Prüfung während des „Kunden/Lieferanten Gesprächs“ gibt es ein gegenseitiges Feedback-gespräch („lessons learned“), um die kontinuierliche Verbesserung  sicher zu stellen .

Literatur

Customer Request ("Handout")

Modul M1343: Aufbau und Eigenschaften der Faser-Kunststoff-Verbunde

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Aufbau und Eigenschaften der Faser-Kunststoff-Verbunde (L1894) Vorlesung 2 3
Aufbau und Eigenschaften der Faser-Kunststoff-Verbunde (L2614) Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung 2 2
Aufbau und Eigenschaften der Faser-Kunststoff-Verbunde (L2613) Hörsaalübung 1 1
Modulverantwortlicher Prof. Bodo Fiedler
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse Grundlagen aus der Chemie / Physik / Werkstoffkunde 
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Studierende können

- die Grundlagen  der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) und ihrer Konstituenten (Faser / Matrix) wiedergeben und kennen die entsprechenden Prüf- und Analysemethoden.

- die komplexen Zusammenhänge  Struktur-Eigenschaftsbeziehung erklären.

- die Wechselwirkungen von chemischen Aufbau der Polymere, deren Verarbeitung mit den unterschiedlichen  Fasertypen unter Einbeziehung fachangrenzender Kontexte erläutern (z.B. Nachhaltigkeit, Umweltschutz).


Fertigkeiten

Studierende sind in der Lage standardisierte Berechnungsmethoden in einem angegebenen Kontext einzusetzen, um

  • mechanische Eigenschaften (Modul, Festigkeit) zu berechnen und die unterschiedlichen Materialien zu bewerten.
  • überschlägige Dimensionierung mit Hilfe der Netztheorie der Konstruktionselemente durchführen und bewerten.
  • für werkstoffliche Probleme geeignete Lösungen auszuwählen und zu Dimensionieren z.B. Steifigkeit, Korrosion, Festigkeit.


Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können

  • in heterogen Gruppen zu fundierten Arbeitsergebnissen kommen und diese dokumentieren.
  • angemessen Feedback geben und mit Rückmeldungen zu ihren eigenen Leistungen konstruktiv umgehen.


Selbstständigkeit

Studierende sind fähig,

- eigene Stärken und Schwächen einzuschätzen.

- ihren jeweiligen Lernstand konkret zu beurteilen und auf dieser Basis weitere Arbeitsschritte zu definieren.

- mögliche Konsequenzen ihres beruflichen Handelns einzuschätzen.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 110, Präsenzstudium 70
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 90 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Energietechnik: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Flugzeug-Systemtechnik: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Vertiefung II. Produktentwicklung und Produktion: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Mechanical Engineering and Management: Kernqualifikation: Pflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktentwicklung: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Produktion: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Vertiefung Werkstoffe: Pflicht
Regenerative Energien: Vertiefung Bioenergiesysteme: Wahlpflicht
Regenerative Energien: Vertiefung Windenergiesysteme: Wahlpflicht
Regenerative Energien: Vertiefung Solare Energiesysteme: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1894: Structure and properties of fibre-polymer-composites
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

- Microstructure and properties of the matrix and reinforcing materials and their interaction
- Development of composite materials
- Mechanical and physical properties
- Mechanics of Composite Materials
- Laminate theory
- Test methods
- Non destructive testing
- Failure mechanisms
- Theoretical models for the prediction of properties
- Application

Literatur Hall, Clyne: Introduction to Composite materials, Cambridge University Press
Daniel, Ishai: Engineering Mechanics of Composites Materials, Oxford University Press
Mallick: Fibre-Reinforced Composites, Marcel Deckker, New York
Lehrveranstaltung L2614: Aufbau und Eigenschaften der Faser-Kunststoff-Verbunde
Typ Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung
SWS 2
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L2613: Structure and properties of fibre-polymer-composites
Typ Hörsaalübung
SWS 1
LP 1
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 16, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen EN
Zeitraum SoSe
Inhalt
Literatur

Modul M0595: Materialprüfung, Bauzustands- und Schadensanalyse

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Materialprüfung, Bauzustands- und Schadensanalyse (L0260) Vorlesung 3 4
Materialprüfung, Bauzustands- und Schadensanalyse (L0261) Gruppenübung 1 2
Modulverantwortlicher Prof. Frank Schmidt-Döhl
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse Grundlegende Kenntnisse in Baustoffkunde oder Werkstoffkunde, z.B. über das Modul Baustoffe und Bauchemie
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden sind in der Lage die Regeln für das Handeln mit sowie die Anwendung und Kennzeichnung von Bauprodukten in Deutschland zu beschreiben. Sie wissen welche Methoden zur Ermittlung von Baustoffeigenschaften zur Verfügung stehen und welche Grenzen und Charakteristika die wichtigsten Methoden haben. 

Fertigkeiten Die Studierenden können selbstständig die Regeln für das Handeln mit und die Verwendbarkeit von Bauprodukten in Deutschland ermitteln. Sie können geeignete Prüfmethoden für die Überwachung von Bauprodukten, die Untersuchung von Schadensprozessen sowie für die Bauzustandsanalyse auswählen. Sie können von Symptomen auf die Ursache von Bauschäden schließen. Sie sind in der Lage die Ergebnisse einer Materialprüfung in einem Untersuchungsbericht oder Gutachten zusammenzufassen.
Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können die unterschiedlichen Rollen von Herstellern sowie von Prüf-, Überwachungs- und Zertifizierungstellen beschreiben, die im Rahmen der Materialprüfung zum Tragen kommen. Das gleiche gilt für die unterschiedlichen Rollen der verschiedenen Beteiligten in gerichtlichen Auseinandersetzungen.

Selbstständigkeit Die Studierenden sind in der Lage sich das Fachwissen eines sehr umfangreichen Fachgebietes anzueignen und die dafür notwendige terminliche Planung und notwendigen Arbeitsschritte durchzuführen. 
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 120 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Bauingenieurwesen: Vertiefung Tragwerke: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Tiefbau: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Hafenbau und Küstenschutz: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Wasser und Verkehr: Wahlpflicht
Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Vertiefung II. Bauingenieurwesen: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0260: Materialprüfung, Bauzustands- und Schadensanalyse
Typ Vorlesung
SWS 3
LP 4
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 78, Präsenzstudium 42
Dozenten Prof. Frank Schmidt-Döhl
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt Materialprüfung und Kennzeichnung von Bauprodukten, Untersuchungsmethoden für Baustoffe und Bauteile, Untersuchungsberichte und Gutachten, Bauzustandbeschreibung, vom Symptom zur Schadensursache
Literatur Frank Schmidt-Döhl: Materialprüfung im Bauwesen. Fraunhofer irb-Verlag, Stuttgart, 2013.
Lehrveranstaltung L0261: Materialprüfung, Bauzustands- und Schadensanalyse
Typ Gruppenübung
SWS 1
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 46, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Frank Schmidt-Döhl
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M1291: Materialwissenschaftliches Seminar

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Seminar Metallische Nanomaterialien (L1757) Seminar 2 3
Seminar Verbundwerkstoffe (L1758) Seminar 2 3
Seminar keramische Hochleistungsmaterialien (L1801) Seminar 2 3
Seminar zu grenzflächenbestimmten Materialien (L1795) Seminar 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Jörg Weißmüller
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundkenntnisse Nanomaterialien, Elektrochemie, Grenzflächenphysik, Mechanik

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können die wichtigsten Sachverhalte und Zusammenhänge eines vergebenen Themas aus der Materialwissenschaft verständlich erklären.

Fertigkeiten

Die Studierenden sind in der Lage, ein vorgegebenes Thema aus der Materialwissenschaft zu erarbeiten und eine klare, strukturierte und verständliche Präsentation des Stoffes zu geben. Sie können eine vorgegebene Zeitdauer des Vortrags einhalten. Sie können eine schriftliche Zusammenfassung einschließlich Illustrationen in englischer Sprache verfassen, die die wichtigsten Ergebnisse, Zusammenhänge und Erläuterungen des Stoffes  enthält. 

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können sich hinsichtlich Inhalt, Detailliertheit und Präsentationsstil ihres Vortrags auf die Zusammensetzung und die Vorkenntnisse der Zuhörerschaft einstellen. Sie können Fragen aus dem Auditorium knapp und präzise beantworten.

Selbstständigkeit

Die Studierenden sind in der Lage, selbstständig eine Literaturrecherche zu einem gegebenen Thema durchzuführen. Sie sind in der Lage, selbstständig zu entscheiden, welche Teile des Materials im Vortrag aufgenommen werden sollten.

Arbeitsaufwand in Stunden Abhängig von der Wahl der Lehrveranstaltungen
Leistungspunkte 6
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1757: Seminar Metallische Nanomaterialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Jörg Weißmüller
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L1758: Seminar Verbundwerkstoffe
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L1801: Seminar keramische Hochleistungsmaterialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Gerold Schneider
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L1795: Seminar zu grenzflächenbestimmten Materialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Patrick Huber
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur

Modul M1345: Metallic and Hybrid Light-weight Materials

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Fügen von Polymer-Metall Leichtbaustrukturen (L0500) Vorlesung 2 2
Fügen von Polymer-Metall Leichtbaustrukturen (L0501) Laborpraktikum 1 1
Metallische Werkstoffe für den Leichtbau (L1660) Vorlesung 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Marcus Rutner
Zulassungsvoraussetzungen None
Empfohlene Vorkenntnisse
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen
Fertigkeiten
Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz
Selbstständigkeit
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 110, Präsenzstudium 70
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Mündliche Prüfung
Prüfungsdauer und -umfang 45 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Bauingenieurwesen: Vertiefung Tragwerke: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0500: Joining of Polymer-Metal Lightweight Structures
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Marcus Rutner
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt

Contents:

The lecture and the related laboratory exercises intend to provide an insight on advanced joining technologies for polymer-metal lightweight structures used in engineering applications. A general understanding of the principles of the consolidated and new technologies and its main fields of applications is to be accomplished through theoretical and practical lectures.

Theoretical Lectures:

  • Review of the relevant properties of Lightweight Alloys, Engineering Plastics and Composites in Joining Technology
  • Introduction to Welding of Lightweight Alloys, Thermoplastics and Fiber Reinforced Plastics
  • Mechanical Fastening of Polymer-Metal Hybrid Structures
  • Adhesive Bonding of Polymer-Metal Hybrid Structures
  • Fusion and Solid State Joining Processes of Polymer-Metal Hybrid Structures
  • Hybrid Joining Methods and Direct Assembly of Polymer-Metal Hybrid Structures

Laboratory Exercises:

  • Joining Processes: Introduction to state-of-the-art joining technologies
  • Introduction to metallographic specimen preparation, optical microscopy and mechanical testing of polymer-metal joints

Course Outcomes:

After successful completion of this unit, students should be able to understand the principles of welding and joining of polymer-metal lightweight structures as well as their application fields.

Literatur
  • S. T. Amancio-Filho, L.-A. Blaga, Joining of Polymer-Metal Hybrid Structures, Wiley, 2018
  • J.F. Shackelford, Introduction to materials science for engineers, Prentice-Hall International
  • J. Rotheiser, Joining of Plastics, Handbook for designers and engineers, Hanser Publishers
  • D.A. Grewell, A. Benatar, J.B. Park, Plastics and Composites Welding Handbook
  • D. Lohwasser, Z. Chen, Friction Stir Welding, From basics to applications, Woodhead Publishing Limited
  • J. Friedrich, Metal-Polymer Systems: Interface Design and Chemical Bonding, Wiley, 2017

Lehrveranstaltung L0501: Joining of Polymer-Metal Lightweight Structures
Typ Laborpraktikum
SWS 1
LP 1
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 16, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Marcus Rutner
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung
Lehrveranstaltung L1660: Metallic Light-weight Materials
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Dr. Domonkos Tolnai
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt

Lightweight construction

- Structural lightweight construction

- Material lightweight construction

- Choice criteria for metallic lightweight construction materials

 Steel as lightweight construction materials

- Introduction to the fundamentals of steels

- Modern steels for the lightweight construction

  - Fine grain steels

  - High-strength low-alloyed steels

  - Multi-phase steels (dual phase, TRIP)

  - Weldability

  - Applications


Aluminium alloys:

Introduction to the fundamentals of aluminium materials

Alloy systems

Non age-hardenable Al alloys: Processing and microstructure, mechanical qualities and applications

Age-hardenable Al alloys: Processing and microstructure, mechanical qualities and applications

 

Magnesium alloys

Introduction to the fundamental of magnesium materials

Alloy systems

Magnesium casting alloys, processing, microstructure and qualities

Magnesium wrought alloys, processing, microstructure and qualities

Examples of applications


Titanium alloys

Introduction to the fundamental of the titanium materials

Alloy systems

Processing, microstructure and properties

Examples of applications

 

Exercises and excursions

Literatur

George Krauss, Steels: Processing, Structure, and Performance, 978-0-87170-817-5, 2006, 613 S.

Hans Berns, Werner Theisen, Ferrous Materials: Steel and Cast Iron, 2008. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-71848-2

C. W. Wegst, Stahlschlüssel = Key to steel = La Clé des aciers = Chiave dell'acciaio = Liave del acero ISBN/ISSN: 3922599095

Bruno C., De Cooman / John G. Speer: Fundamentals of Steel Product Physical Metallurgy, 2011, 642 S.

Harry Chandler, Steel Metallurgy for the Non-Metallurgist 0-87170-652-0, 2006, 84 S.

Catrin Kammer, Aluminium Taschenbuch 1, Grundlagen und Werkstoffe, Beuth,16. Auflage 2009. 784 S., ISBN 978-3-410-22028-2

Günter Drossel, Susanne Friedrich, Catrin Kammer und Wolfgang Lehnert, Aluminium Taschenbuch 2, Umformung von Aluminium-Werkstoffen, Gießen von Aluminiumteilen, Oberflächenbehandlung von Aluminium, Recycling und Ökologie, Beuth, 16. Auflage 2009. 768 S., ISBN 978-3-410-22029-9

Catrin Kammer, Aluminium Taschenbuch 3, Weiterverarbeitung und Anwendung, Beuith,17. Auflage 2014. 892 S., ISBN 978-3-410-22311-5

G. Lütjering, J.C. Williams: Titanium, 2nd ed., Springer, Berlin, Heidelberg, 2007, ISBN 978-3-540-71397

Magnesium - Alloys and Technologies, K. U. Kainer (Hrsg.), Wiley-VCH, Weinheim 2003, ISBN 3-527-30570-x

Mihriban O. Pekguleryuz, Karl U. Kainer and Ali Kaya “Fundamentals of Magnesium Alloy Metallurgy”, Woodhead Publishing Ltd, 2013,ISBN 10: 0857090887




Modul M1665: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden (L1893) Vorlesung 2 3
Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden (L2616) Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung 2 2
Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden (L2615) Hörsaalübung 1 1
Modulverantwortlicher Prof. Bodo Fiedler
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen
Fertigkeiten
Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz
Selbstständigkeit
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 110, Präsenzstudium 70
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 90 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1893: Design with fibre-polymer-composites
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt Designing with Composites: Laminate Theory; Failure Criteria; Design of Pipes and Shafts; Sandwich Structures; Notches; Joining Techniques; Compression Loading; Examples
Literatur Konstruieren mit Kunststoffen, Gunter Erhard , Hanser Verlag
Lehrveranstaltung L2616: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden
Typ Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung
SWS 2
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L2615: Design with fibre-polymer-composites
Typ Hörsaalübung
SWS 1
LP 1
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 16, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt
Literatur

Modul M1437: Zerstörungsfreie Material- und Bauteilprüfung

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Zerstörungsfreie Material- und Bauteilprüfung (L2215) Vorlesung 2 2
Zerstörungsfreie Material- und Bauteilprüfung (L2217) Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung 3 3
Zerstörungsfreie Material- und Bauteilprüfung (L2216) Hörsaalübung 1 1
Modulverantwortlicher Prof. Bodo Fiedler
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen
Fertigkeiten
Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz
Selbstständigkeit
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 96, Präsenzstudium 84
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Schriftliche Ausarbeitung
Prüfungsdauer und -umfang Ausarbeitung über Theorie und praktische Anteile
Zuordnung zu folgenden Curricula Bauingenieurwesen: Vertiefung Hafenbau und Küstenschutz: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Hafenbau und Küstenschutz: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Tiefbau: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Tiefbau: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Tragwerke: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Tragwerke: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Wasser und Verkehr: Wahlpflicht
Bauingenieurwesen: Vertiefung Wasser und Verkehr: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L2215: Zerstörungsfreie Material- und Bauteilprüfung
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Bodo Fiedler, Prof. Bernd-Christian Renner, Prof. Robert Meißner, Prof. Marcus Rutner
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt This strongly interdisciplinary lecture and practical course is offered to Masterstudents who are interesed to learn about an important field across engineering and material science industries, i.e. nondestructive testing of materials and parts. Interdisciplinary approaches and thinking becomes more and more important since many problems extend into various disciplines, hence, can only be solved through interdisciplinary thinking and collaboration. Accordingly, this module combines the efforts of 4 different disciplines, i.e. mechanical engineering, civil engineering, materials science and computer science with a touch of electrical engineering. Nondestructive testing (NDT) is the process of inspecting, testing, and evaluating materials, parts, and assemblies to understand properties and defects without causing damage to the material or part. This scientific approach enables to make intrinsic material and component characteristics visible. Hence, the approach links detection approaches (e.g. linear and nonlinear acoustic methods, ultrasonic testing, Magnetic Particle Testing, thermo-chemical methods, etc.) with material physics and the mechanics of components, further, with evaluation, interpretation, big data management, transmission of data, and cybersecurity. The module embraces a lecture and a practical course. Contents of the lecture are NTD technologies and their theory behind, evaluation, transmission of data, while the students will apply the NDT technologies during the practical course in the experimental test halls and labs at TUHH. Lecture and practical course split into the major themes: A) Detection: Theory and Practice B) Evaluation of Data: Theory and Practice C) Data Acquisition and Transmission with Wireless, Batteryless Sensor Devices:Theory and Practice
Literatur
Lehrveranstaltung L2217: Zerstörungsfreie Material- und Bauteilprüfung
Typ Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung
SWS 3
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 48, Präsenzstudium 42
Dozenten Prof. Bodo Fiedler, Prof. Bernd-Christian Renner, Prof. Robert Meißner, Prof. Marcus Rutner
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung
Lehrveranstaltung L2216: Zerstörungsfreie Material- und Bauteilprüfung
Typ Hörsaalübung
SWS 1
LP 1
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 16, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Bodo Fiedler, Prof. Bernd-Christian Renner, Prof. Robert Meißner, Prof. Marcus Rutner
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt This strongly interdisciplinary lecture and practical course is offered to Masterstudents who are interesed to learn about an important field across engineering and material science industries, i.e. nondestructive testing of materials and parts. Interdisciplinary approaches and thinking becomes more and more important since many problems extend into various disciplines, hence, can only be solved through interdisciplinary thinking and collaboration. Accordingly, this module combines the efforts of 4 different disciplines, i.e. mechanical engineering, civil engineering, materials science and computer science with a touch of electrical engineering. Nondestructive testing (NDT) is the process of inspecting, testing, and evaluating materials, parts, and assemblies to understand properties and defects without causing damage to the material or part. This scientific approach enables to make intrinsic material and component characteristics visible. Hence, the approach links detection approaches (e.g. linear and nonlinear acoustic methods, ultrasonic testing, Magnetic Particle Testing, thermo-chemical methods, etc.) with material physics and the mechanics of components, further, with evaluation, interpretation, big data management, transmission of data, and cybersecurity. The module embraces a lecture and a practical course. Contents of the lecture are NTD technologies and their theory behind, evaluation, transmission of data, while the students will apply the NDT technologies during the practical course in the experimental test halls and labs at TUHH. Lecture and practical course split into the major themes: A) Detection: Theory and Practice B) Evaluation of Data: Theory and Practice C) Data Acquisition and Transmission with Wireless, Batteryless Sensor Devices:Theory and Practice
Literatur

Fachmodule der Vertiefung Modellierung

Modul M1151: Werkstoffmodellierung

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Werkstoffmodellierung (L1535) Vorlesung 2 3
Werkstoffmodellierung (L1536) Gruppenübung 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Christian Cyron
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundlagen der linearen und nichtlinearen Kontinuumsmechanik wie z.B. in den Modulen Mechanik II und Kontinuumsmechanik unterrichtet (Kräfte und Drehmomente, Spannungen, lineare und nichtlineare Verzerrungsmaße, Schnittprinzip, lineare und nichtlineare Konstitutivgesetze, Verzerrungsenergie). 

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können die Grundlagen von mehrdimensionalen Werkstoffgesetzen erläutern.

Fertigkeiten

Die Studierenden können eigene Materialmodelle in ein Finite Elemente Programm implementieren. Insbesondere können Sie Ihre Kenntnisse auf verschiedene Problemstellung aus der Materialwissenschaft anwenden und Materialmodelle entsprechend bewerten.


Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können Lösungen entwickeln, gegenüber Spezialisten präsentieren und Ideen weiterentwickeln.


Selbstständigkeit

Die Studierenden können ihre eigenen Stärken und Schwächen ermitteln. Sie können selbstständig und eigenverantwortlich Probleme im Bereich der Werkstoffmodellierung identifizieren und lösen und sich dafür benötigtes Wissen aneignen.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 60 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Mechanical Engineering and Management: Vertiefung Werkstoffe: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Künstliche Organe und Regenerative Medizin: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Implantate und Endoprothesen: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Medizin- und Regelungstechnik: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Management und Administration: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Simulationstechnik: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1535: Werkstoffmodellierung
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Christian Cyron
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt

Eine der wichtigsten Fragen bei der Modellierung mechanischer Systeme in der Praxis ist, wie man das Materialverhalten der einzelnen Bauteile modelliert. Neben einfacher isotroper Elastizität sind dabei von besonderer Bedeutung:

- Anisotropie (richtungsabhängige Materialeigenschaften etwa bei faserverstärkten Kunststoffen)
- Plastizität (dauerhafte Verformung durch einmalige hohe Belastung etwa in der Umformtechnik)
- Viskoelastizität (Absorption von Energie etwa bei Dämpfern)
- Kriechen (schleichende Verformung unter Langzeitbelastung z.B. in Rohrleitungen)

Diese Vorlesung gibt eine kurze Einführung in die theoretischen Grundlagen und mathematische Beschreibung der oben genannten Phänomene. In einer parallelen Übung werden diese anhand einfacher Berechnungsaufgaben vertieft. Dabei wird insbesondere erläutert, wie die oben genannten Phänomene in Computersimulationen modelliert werden können und wie man aus gegebenen Messdaten wichtige Materialparameter bestimmen kann.

Literatur
Lehrveranstaltung L1536: Werkstoffmodellierung
Typ Gruppenübung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Christian Cyron
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M0604: High-Order FEM

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
High-Order FEM (L0280) Vorlesung 3 4
High-Order FEM (L0281) Hörsaalübung 1 2
Modulverantwortlicher Prof. Alexander Düster
Zulassungsvoraussetzungen None
Empfohlene Vorkenntnisse

Knowledge of partial differential equations is recommended.

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Students are able to
+ give an overview of the different (h, p, hp) finite element procedures.
+ explain high-order finite element procedures.
+ specify problems of finite element procedures, to identify them in a given situation and to explain their mathematical and mechanical background.

Fertigkeiten

Students are able to
+ apply high-order finite elements to problems of structural mechanics.
+ select for a given problem of structural mechanics a suitable finite element procedure.
+ critically judge results of high-order finite elements.
+ transfer their knowledge of high-order finite elements to new problems.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Students are able to
+ solve problems in heterogeneous groups and to document the corresponding results.

Selbstständigkeit

Students are able to
+ assess their knowledge by means of exercises and E-Learning.
+ acquaint themselves with the necessary knowledge to solve research oriented tasks.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung
Verpflichtend Bonus Art der Studienleistung Beschreibung
Nein 10 % Referat Forschendes Lernen
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 120 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Energietechnik: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Vertiefung II. Produktentwicklung und Produktion: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Mechanical Engineering and Management: Vertiefung Produktentwicklung und Produktion: Wahlpflicht
Mechatronics: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Schiffbau und Meerestechnik: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Technomathematik: Vertiefung III. Ingenieurwissenschaften: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0280: High-Order FEM
Typ Vorlesung
SWS 3
LP 4
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 78, Präsenzstudium 42
Dozenten Prof. Alexander Düster
Sprachen EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

1. Introduction
2. Motivation
3. Hierarchic shape functions
4. Mapping functions
5. Computation of element matrices, assembly, constraint enforcement and solution
6. Convergence characteristics
7. Mechanical models and finite elements for thin-walled structures
8. Computation of thin-walled structures
9. Error estimation and hp-adaptivity
10. High-order fictitious domain methods


Literatur

[1] Alexander Düster, High-Order FEM, Lecture Notes, Technische Universität Hamburg-Harburg, 164 pages, 2014
[2] Barna Szabo, Ivo Babuska, Introduction to Finite Element Analysis – Formulation, Verification and Validation, John Wiley & Sons, 2011


Lehrveranstaltung L0281: High-Order FEM
Typ Hörsaalübung
SWS 1
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 46, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Alexander Düster
Sprachen EN
Zeitraum SoSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M0605: Numerische Strukturdynamik

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Numerische Strukturdynamik (L0282) Vorlesung 3 4
Numerische Strukturdynamik (L0283) Gruppenübung 1 2
Modulverantwortlicher Prof. Alexander Düster
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Vorkenntnisse bzgl. partieller Differentialgleichungen sind empfehlenswert.

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Studierende können
+ einen Überblick über die Verfahren zur numerischen Lösung von strukturdynamischen Problemen geben.
+ den Einsatz von Finite-Elemente-Programmen zur Lösung von Problemen der Strukturdynamik erläutern.
+ mögliche Probleme strukturdynamischer Berechnungen aufzählen, im konkreten Fall erkennen und die entsprechenden mathematischen und mechanischen Hintergründe erläutern.

Fertigkeiten

Studierende sind in der Lage
+ strukturdynamische Probleme zu modellieren.
+ für Probleme der Strukturdynamik geeignete Lösungsverfahren auszuwählen.
+ Berechnungsverfahren zur Lösung von Problemen der Strukturdynamik anzuwenden.
+ Ergebnisse von numerischen Berechnungen zur Strukturdynamik zu verifizieren und kritisch zu beurteilen.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können
+ in heterogen zusammengesetzten Gruppen Aufgaben lösen und die Arbeitsergebnisse dokumentieren.

Selbstständigkeit

Studierende sind fähig
+
für die Lösung von komplexen Aufgaben eigenständig Wissen erwerben.
  


Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 2h
Zuordnung zu folgenden Curricula Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Vertiefung II. Mechatronik: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Mechatronics: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Schiffbau und Meerestechnik: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Simulationstechnik: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0282: Numerische Strukturdynamik
Typ Vorlesung
SWS 3
LP 4
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 78, Präsenzstudium 42
Dozenten Prof. Alexander Düster
Sprachen DE
Zeitraum SoSe
Inhalt

1. Motivation
2. Grundlagen der Dynamik
3. Zeitintegrationsverfahren
4. Modalanalyse
5. Fourier-Transformation
6. Ausgewählte Beispiele

Literatur

[1] K.-J. Bathe, Finite-Elemente-Methoden, Springer, 2002.
[2] J.L. Humar, Dynamics of Structures, Taylor & Francis, 2012.

Lehrveranstaltung L0283: Numerische Strukturdynamik
Typ Gruppenübung
SWS 1
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 46, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Alexander Düster
Sprachen DE
Zeitraum SoSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M0606: Numerische Algorithmen in der Strukturmechanik

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Numerische Algorithmen in der Strukturmechanik (L0284) Vorlesung 2 3
Numerische Algorithmen in der Strukturmechanik (L0285) Gruppenübung 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Alexander Düster
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Vorkenntnisse bzgl. partieller Differentialgleichungen sind empfehlenswert.

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Studierende können
+ einen Überblick über die gängigen numerischen Algorithmen geben, die in strukturmechanischen Finite-Elemente Programmen zum Einsatz kommen.
+ den Aufbau und Ablauf eines Finite-Elemente-Programms erläutern.
+ mögliche Probleme von numerischen Algorithmen aufzählen, im konkreten Fall erkennen und die mathematischen und informatischen Hintergründe erläutern.

Fertigkeiten

Studierende sind in der Lage
+ numerische Verfahren in Algorithmen zu überführen.
+ für numerische Probleme der Strukturmechanik geeignete Algorithmen auszuwählen.
+ numerische Algorithmen zur Lösung von Problemen der Strukturmechanik anzuwenden.
+ numerische Algorithmen in einer höheren Programmiersprache (hier C++) zu implementieren.
+ Ergebnisse von numerischen Algorithmen kritisch zu beurteilen und zu verifizieren.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können
+ in heterogen zusammengesetzten Gruppen Aufgaben lösen und die Arbeitsergebnisse dokumentieren.

Selbstständigkeit

Studierende können
+ für die Lösung von komplexen Aufgaben eigenständig Wissen erwerben.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 2h
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Schiffbau und Meerestechnik: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Technomathematik: Vertiefung III. Ingenieurwissenschaften: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Simulationstechnik: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0284: Numerische Algorithmen in der Strukturmechanik
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Alexander Düster
Sprachen DE
Zeitraum SoSe
Inhalt

1. Motivation
2. Grundlagen der Programmiersprache C++
3. Numerische Integration
4. Lösung von nichtlinearen Problemen
5. Lösung von linearen Gleichungssystemen
6. Verifikation von numerischen Algorithmen.
7. Ausgewählte Algorithmen und Datenstrukturen eines Finite-Elemente-Programms

Literatur

[1] D. Yang, C++ and object-oriented numeric computing, Springer, 2001.
[2] K.-J. Bathe, Finite-Elemente-Methoden, Springer, 2002.

Lehrveranstaltung L0285: Numerische Algorithmen in der Strukturmechanik
Typ Gruppenübung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Alexander Düster
Sprachen DE
Zeitraum SoSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M1237: Methoden der theoretischen Materialphysik

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Methoden der theoretischen Materialphysik (L1677) Vorlesung 2 4
Methoden der theoretischen Materialphysik (L1678) Gruppenübung 1 2
Modulverantwortlicher Prof. Stefan Müller
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Kenntnisse in höherer Mathematik wie Analysis, Lineare Algebra, Differentialgleichungen und Komplexe Funktionen, z.B. Mathematik I-IV
Kenntnisse in Physik, insbesondere Festkörperphysik, z.B. Materialphysik


Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können…

…die Funktionsweise unterschiedlicher Modellierungsmethoden erklären.

…das Anwendungsfeld individueller methodischer Zugänge erfassen.

…die Stärken und Schwächen verschiedener Methoden beurteilen.

Die Studenten sind damit in der Lage, zu beurteilen, welche Methode zur Lösung eines wissenschaftlichen Problems am besten geeignet ist und welche Genauigkeit man von den Simulationsergebnissen erwarten kann.

Fertigkeiten

Nach Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage...

...als Funktion individueller Parameter, wie Längenskala, Zeitskala, Temperatur, Materialtyp, etc. die jeweils bestgeeignetste Untersuchungsmethode auszuwählen.   

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können, etwa bei Konferenzen oder Messen, mit Experten aus verschiedenen Fachbereichen wie Physik und Werkstoffwissenschaften kompetent und auf die entsprechende Zielgruppe angepasst diskutieren. Dies erhöht auch ihre Fähigkeit, in interdisziplinären Gruppen zu arbeiten.


Selbstständigkeit

Die Studierenden können…

… ihre eigenen Stärken und Schwächen ermitteln.

…benötigtes Wissen selbstständig aneignen..

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 138, Präsenzstudium 42
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Mündliche Prüfung
Prüfungsdauer und -umfang
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1677: Methoden der theoretischen Materialphysik
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 4
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 92, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Stefan Müller
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

1. Einführung
1.1 Einordnung der Modellierungen und der Materialien

2. Quantenmechanische Zugänge
2.1 Elektronenzustände : Atom, Molekül, Festkörper
2.2 Dichtefunktionaltheorie
2.3 Spin-Dynamik

3. Thermodynamische Zugänge
3.1 Thermodynamische Potenziale
3.2 Legierungssysteme
3.3 Cluster-Entwicklung
3.4 Monte-Carlo-Verfahren

Literatur

Solid State Physics, Ashcroft/Mermin, Saunders College

Computational Physics, Thijsen, Cambridge

Computational Materials Science, Ohno et al.. Springer

Materials Science and Engineering: An Introduction, Callister/Rethwisch, Edition 9, Wiley

Lehrveranstaltung L1678: Methoden der theoretischen Materialphysik
Typ Gruppenübung
SWS 1
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 46, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Stefan Müller
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M1238: Quantenmechanik von Festkörpern

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Quantenmechanik von Festkörpern (L1675) Vorlesung 2 4
Quantenmechanik von Festkörpern (L1676) Gruppenübung 1 2
Modulverantwortlicher Prof. Stefan Müller
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Kenntnisse in höherer Mathematik wie Analysis, Lineare Algebra, Differentialgleichungen und Komplexe Funktionen, z.B. Mathematik I-IV
Kenntnisse in Mechanik und Physik, insbesondere Festkörperphysik, z.B. Materialphysik


Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können…

…die Grundlagen der Quantenmechanik erklären.

…die Bedeutung des Quantenphysik für die Beschreibung von Materialeigenschaften einschätzen.

…Korrelationen zwischen quantenmechanischen Phänomenen und deren Konsequenzen für die makroskopischen Eigenschaften von Materialien analysieren.

Die Studenten sind damit in der Lage, wichtige Fragestellungen der Ingenieur-Wissenschaften mit quantenmechanischen Eigenschaften von Materialien in Verbindung zu bringen und damit zu erklären.

Fertigkeiten

Nach Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage...

...Materialdesign auf quantenmechanischer Basis zu betreiben. 

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können mit Experten aus Fachbereichen wie Physik und Werkstoffwissenschaften kompetent über Fragen mit quantenmechanischem Hintergrund diskutieren.


Selbstständigkeit

Die Studierenden sind in der Lage selbstständig Lösungen zu quantenmechanischen Problemen zu erarbeiten. Sie können sich zusätzlich nötiges Wissen zur Behandlung von komplexeren Fragestellungen mit quantenmechanischem Hintergrund aus der Literatur aneignen.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 138, Präsenzstudium 42
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Mündliche Prüfung
Prüfungsdauer und -umfang
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1675: Quantenmechanik von Festkörpern
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 4
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 92, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Stefan Müller
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

1. Einleitung
1.1 Bedeutung der Quantenmechanik (QM)
1.2 Einteilung von Festkörpern

2. Grundlagen der Quantenmechanik
2.1 Erinnerung : Elemente der Klassischen Mechanik
2.2 Motivation Quantenmechanik
2.3 Teilchen-Welle Dualismus
2.4 QM Formalismus

3. Grundlegende QM Probleme
3.1 Eindimensionale Probleme: Teilchen in einem Potenzial
3.2 System mit 2 Zuständen
3.3 Harmonische Oszillator
3.4 Elektronen in einem magnetischen Feld
3.5 Wasserstoffatom

4. Quanteneffekte in kondensierter Materie
4.1 Einleitung
4.2 Elektronische Zustände
4.3 Magnetismus
4.4 Supraleitung
4.5 Quanten-Hall-Effekt

Literatur

Physik für Ingenieure, Hering/Martin/Stohrer, Springer

Atom- und Quantenphysik, Haken/Wolf, Springer

Grundkurs Theoretische Physik 5|1, Nolting, Springer

Electronic Structure of Materials, Sutton, Oxford

Materials Science and Engineering: An Introduction, Callister/Rethwisch, Edition 9, Wiley

Lehrveranstaltung L1676: Quantenmechanik von Festkörpern
Typ Gruppenübung
SWS 1
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 46, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Stefan Müller
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M0603: Nichtlineare Strukturanalyse

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Nichtlineare Strukturanalyse (L0277) Vorlesung 3 4
Nichtlineare Strukturanalyse (L0279) Gruppenübung 1 2
Modulverantwortlicher Prof. Alexander Düster
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Vorkenntnisse bzgl. partieller Differentialgleichungen sind empfehlenswert.

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Studierende können
+ einen Überblick über die verschiedenen nichtlinearen strukturmechanischen Phänomene geben.
+ den mechanischen Hintergrund von nichtlinearen Phänomenen in der Strukturmechanik erläutern.
+ mögliche Probleme bei der nichtlinearen Strukturanalyse aufzählen, im konkreten Fall erkennen und die entsprechenden mathematischen und mechanischen Hintergründe erläutern.

Fertigkeiten

Studierende sind in der Lage
+ nichtlineare strukturmechanische Probleme zu modellieren.
+ für gegebene nichtlineare strukturmechanische Probleme das geeignete Berechnungsverfahren auszuwählen.
+ Finite-Elemente-Verfahren auf nichtlineare strukturmechanische Probleme anzuwenden.
+ Ergebnisse von nichtlinearen finiten Elemente Berechnungen zu verifizieren und kritisch zu beurteilen.
+ die Vorgehensweise zur Lösung von nichtlinearen Problemen auf neue Problemstellungen zu übertragen.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können
+ in heterogen zusammengesetzten Gruppen Aufgaben lösen und die Arbeitsergebnisse dokumentieren.
+ erlerntes Wissen innerhalb der Gruppe weitergeben.

Selbstständigkeit

Studierende sind fähig
+ für die Lösung von komplexen Aufgaben eigenständig Wissen erwerben.
  


Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 120 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Bauingenieurwesen: Vertiefung Tragwerke: Wahlpflicht
Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Vertiefung II. Bauingenieurwesen: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Mechatronics: Vertiefung Systementwurf: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Schiffbau und Meerestechnik: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Ship and Offshore Technology: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Simulationstechnik: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0277: Nichtlineare Strukturanalyse
Typ Vorlesung
SWS 3
LP 4
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 78, Präsenzstudium 42
Dozenten Prof. Alexander Düster
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt

1. Einleitung
2. Nichtlineare Phänomene
3. Mathematische Grundlagen
4. Kontinuumsmechanische Grundlagen
5. Räumliche Diskretisierung mit Finiten Elementen
6. Lösung nichtlinearer Gleichungssysteme
7. Lösung elastoplastischer Probleme
8. Stabilitätsprobleme
9. Kontaktprobleme

Literatur

[1] Alexander Düster, Nonlinear Structrual Analysis, Lecture Notes, Technische Universität Hamburg-Harburg, 2014.
[2] Peter Wriggers, Nonlinear Finite Element Methods, Springer 2008.
[3] Peter Wriggers, Nichtlineare Finite-Elemente-Methoden, Springer 2001.
[4] Javier Bonet and Richard D. Wood, Nonlinear Continuum Mechanics for Finite Element Analysis, Cambridge University Press, 2008.

Lehrveranstaltung L0279: Nichtlineare Strukturanalyse
Typ Gruppenübung
SWS 1
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 46, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Alexander Düster
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M1150: Kontinuumsmechanik

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Kontinuumsmechanik (L1533) Vorlesung 2 3
Kontinuumsmechanik Übung (L1534) Gruppenübung 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Christian Cyron
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundlagen der linearen Kontinuumsmechanik wie z.B. im Modul Mechanik II unterrichtet (Kräfte und Drehmomente, Spannungen, lineare Verzerrungen, Schnittprinzip, linear-elastische Konstitutivgesetze, Verzerrungsenergie). 

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können grundlegende Konzepte zur Berechnung von mechanischem Materialverhalten erklären. Sie können Methoden der Kontinuumsmechanik im größeren Kontext erläutern.

Fertigkeiten

Die Studierenden können Bilanzgleichungen aufstellen und Grundlagen der Deformationstheorie elastischer Körper anwenden und auf diesem Gebiet spezifische Aufgabenstellungen sowohl anwendungsorientiert als auch forschungsorientiert bearbeiten

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können Lösungen entwickeln, gegenüber Spezialisten in Schriftform präsentieren und Ideen weiterentwickeln.


Selbstständigkeit

Die Studierenden können ihre eigenen Stärken und Schwächen ermitteln. Sie können selbstständig und eigenverantwortlich Probleme im Bereich der Kontinuumsmechanik identifizieren und lösen und sich dafür benötigtes Wissen aneignen.



Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 60 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Mechanical Engineering and Management: Vertiefung Werkstoffe: Wahlpflicht
Mechatronics: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Künstliche Organe und Regenerative Medizin: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Implantate und Endoprothesen: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Medizin- und Regelungstechnik: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Management und Administration: Wahlpflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1533: Kontinuumsmechanik
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Christian Cyron
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt
  • Grundlagen der Tensorrechnung
    • Transformationsinvarianz
    • Tensoralgebra
    • Tensoranalysis
  • Kinematik
    • Bewegung eines Kontinuums
    • Verformung infinitesimaler Linien-, Flächen- und Volumenelemente
    • Materielle und räumliche Betrachtung
    • Polare Zerlegung
    • Spektrale Zerlegung
    • Objektivität
    • Verzerrungsmaße
    • Zeitableitungen
      • Partielle / materielle Zeitableitung
      • Objektive Zeitableitungen
      • Verzerrungs-und Deformationsraten
    • Transporttheoreme
  • Bilanzgleichungen (globale und lokale Form)
    • Massenbilanz
    • Spannungszustand
      • Randspannunsvektoren
      • Cauchy'sches Fundametaltheorem
      • Spannungstensoren (Cauchy-, 1. und 2. Piola-Kirchhoff-, Kirchhoff-Spannunstensor)
    • Impulsbilanz
    • Drehimpulsbilanz
    • Energiebilanz
    • Entropiebilanz
    • Clausius-Duhem-Ungleichung
  • Konstitutive Beziehungen
    • Konstitutive Annahmen
    • Fluide
    • Elastische Körper
      • Hyperelastizität
      • Materialsymmetrie
    • Elastoplastizität
  • Analyse
    • Anfangsrandwertprobleme und deren numerische Lösung


Literatur

R. Greve: Kontinuumsmechanik: Ein Grundkurs für Ingenieure und Physiker

I-S. Liu: Continuum Mechanics, Springer

weitere siehe in der Literaturliste des Scripts


Lehrveranstaltung L1534: Kontinuumsmechanik Übung
Typ Gruppenübung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Christian Cyron
Sprachen DE
Zeitraum WiSe
Inhalt
  • Kinematik deformierbarer Körper
  • Bilanzgleichungen (Massenbilanz, Energiegleichung, …)
  • Spannungszustand
  • Materialmodellierung


Literatur

R. Greve: Kontinuumsmechanik: Ein Grundkurs für Ingenieure und Physiker

I-S. Liu: Continuum Mechanics, Springer


Modul M1291: Materialwissenschaftliches Seminar

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Seminar Metallische Nanomaterialien (L1757) Seminar 2 3
Seminar Verbundwerkstoffe (L1758) Seminar 2 3
Seminar keramische Hochleistungsmaterialien (L1801) Seminar 2 3
Seminar zu grenzflächenbestimmten Materialien (L1795) Seminar 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Jörg Weißmüller
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundkenntnisse Nanomaterialien, Elektrochemie, Grenzflächenphysik, Mechanik

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können die wichtigsten Sachverhalte und Zusammenhänge eines vergebenen Themas aus der Materialwissenschaft verständlich erklären.

Fertigkeiten

Die Studierenden sind in der Lage, ein vorgegebenes Thema aus der Materialwissenschaft zu erarbeiten und eine klare, strukturierte und verständliche Präsentation des Stoffes zu geben. Sie können eine vorgegebene Zeitdauer des Vortrags einhalten. Sie können eine schriftliche Zusammenfassung einschließlich Illustrationen in englischer Sprache verfassen, die die wichtigsten Ergebnisse, Zusammenhänge und Erläuterungen des Stoffes  enthält. 

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können sich hinsichtlich Inhalt, Detailliertheit und Präsentationsstil ihres Vortrags auf die Zusammensetzung und die Vorkenntnisse der Zuhörerschaft einstellen. Sie können Fragen aus dem Auditorium knapp und präzise beantworten.

Selbstständigkeit

Die Studierenden sind in der Lage, selbstständig eine Literaturrecherche zu einem gegebenen Thema durchzuführen. Sie sind in der Lage, selbstständig zu entscheiden, welche Teile des Materials im Vortrag aufgenommen werden sollten.

Arbeitsaufwand in Stunden Abhängig von der Wahl der Lehrveranstaltungen
Leistungspunkte 6
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1757: Seminar Metallische Nanomaterialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Jörg Weißmüller
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L1758: Seminar Verbundwerkstoffe
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L1801: Seminar keramische Hochleistungsmaterialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Gerold Schneider
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L1795: Seminar zu grenzflächenbestimmten Materialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Patrick Huber
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur

Fachmodule der Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien

Modul M0766: Microsystems Technology

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Mikrosystemtechnologie (L0724) Vorlesung 2 4
Modulverantwortlicher Prof. Hoc Khiem Trieu
Zulassungsvoraussetzungen None
Empfohlene Vorkenntnisse

Basics in physics, chemistry and semiconductor technology


Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen


Students are able

     to present and to explain current fabrication techniques for microstructures and especially methods for the fabrication of microsensors and microactuators, as well as the integration thereof in more complex systems

     to explain in details operation principles of microsensors and microactuators and

     to discuss the potential and limitation of microsystems in application.


Fertigkeiten


Students are capable

     to analyze the feasibility of microsystems,

     to develop process flows for the fabrication of microstructures and

     to apply them.



Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

None

Selbstständigkeit None
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 92, Präsenzstudium 28
Leistungspunkte 4
Studienleistung Keine
Prüfung Mündliche Prüfung
Prüfungsdauer und -umfang 30 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0724: Microsystems Technology
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 4
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 92, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Hoc Khiem Trieu
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt
  • Introduction (historical view, scientific and economic relevance, scaling laws)
  • Semiconductor Technology Basics, Lithography (wafer fabrication, photolithography, improving resolution, next-generation lithography, nano-imprinting, molecular imprinting)
  • Deposition Techniques (thermal oxidation, epitaxy, electroplating, PVD techniques: evaporation and sputtering; CVD techniques: APCVD, LPCVD, PECVD and LECVD; screen printing)
  • Etching and Bulk Micromachining (definitions, wet chemical etching, isotropic etch with HNA, electrochemical etching, anisotropic etching with KOH/TMAH: theory, corner undercutting, measures for compensation and etch-stop techniques; plasma processes, dry etching: back sputtering, plasma etching, RIE, Bosch process, cryo process, XeF2 etching)
  • Surface Micromachining and alternative Techniques (sacrificial etching, film stress, stiction: theory and counter measures; Origami microstructures, Epi-Poly, porous silicon, SOI, SCREAM process, LIGA, SU8, rapid prototyping)
  • Thermal and Radiation Sensors (temperature measurement, self-generating sensors: Seebeck effect and thermopile; modulating sensors: thermo resistor, Pt-100, spreading resistance sensor, pn junction, NTC and PTC; thermal anemometer, mass flow sensor, photometry, radiometry, IR sensor: thermopile and bolometer)
  • Mechanical Sensors (strain based and stress based principle, capacitive readout, piezoresistivity,  pressure sensor: piezoresistive, capacitive and fabrication process; accelerometer: piezoresistive, piezoelectric and capacitive; angular rate sensor: operating principle and fabrication process)
  • Magnetic Sensors (galvanomagnetic sensors: spinning current Hall sensor and magneto-transistor; magnetoresistive sensors: magneto resistance, AMR and GMR, fluxgate magnetometer)
  • Chemical and Bio Sensors (thermal gas sensors: pellistor and thermal conductivity sensor; metal oxide semiconductor gas sensor, organic semiconductor gas sensor, Lambda probe, MOSFET gas sensor, pH-FET, SAW sensor, principle of biosensor, Clark electrode, enzyme electrode, DNA chip)
  • Micro Actuators, Microfluidics and TAS (drives: thermal, electrostatic, piezo electric and electromagnetic; light modulators, DMD, adaptive optics, microscanner, microvalves: passive and active, micropumps, valveless micropump, electrokinetic micropumps, micromixer, filter, inkjet printhead, microdispenser, microfluidic switching elements, microreactor, lab-on-a-chip, microanalytics)
  • MEMS in medical Engineering (wireless energy and data transmission, smart pill, implantable drug delivery system, stimulators: microelectrodes, cochlear and retinal implant; implantable pressure sensors, intelligent osteosynthesis, implant for spinal cord regeneration)
  • Design, Simulation, Test (development and design flows, bottom-up approach, top-down approach, testability, modelling: multiphysics, FEM and equivalent circuit simulation; reliability test, physics-of-failure, Arrhenius equation, bath-tub relationship)
  • System Integration (monolithic and hybrid integration, assembly and packaging, dicing, electrical contact: wire bonding, TAB and flip chip bonding; packages, chip-on-board, wafer-level-package, 3D integration, wafer bonding: anodic bonding and silicon fusion bonding; micro electroplating, 3D-MID)


Literatur

M. Madou: Fundamentals of Microfabrication, CRC Press, 2002

N. Schwesinger: Lehrbuch Mikrosystemtechnik, Oldenbourg Verlag, 2009

T. M. Adams, R. A. Layton:Introductory MEMS, Springer, 2010

G. Gerlach; W. Dötzel: Introduction to microsystem technology, Wiley, 2008

Modul M1334: BIO II: Biomaterials

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Biomaterialien (L0593) Vorlesung 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Michael Morlock
Zulassungsvoraussetzungen None
Empfohlene Vorkenntnisse

Basic knowledge of orthopedic and surgical techniques is recommended.

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

The students can describe the materials of the human body and the materials being used in medical engineering, and their fields of use.

Fertigkeiten

The students can explain the advantages and disadvantages of different kinds of biomaterials.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

The students are able to discuss issues related to materials being present or being used for replacements with student mates and the teachers.

Selbstständigkeit

The students are able to acquire information on their own. They can also judge the information with respect to its credibility.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Leistungspunkte 3
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 90 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Vertiefung II. Verfahrenstechnik und Biotechnologie: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Künstliche Organe und Regenerative Medizin: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Implantate und Endoprothesen: Pflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Medizin- und Regelungstechnik: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Management und Administration: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Bio- und Medizintechnik: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0593: Biomaterials
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Michael Morlock
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt

Topics to be covered include:

1.    Introduction (Importance, nomenclature, relations)

2.    Biological materials

2.1  Basics (components, testing methods)

2.2  Bone (composition, development, properties, influencing factors)

2.3  Cartilage (composition, development, structure, properties, influencing factors)

2.4  Fluids (blood, synovial fluid)

3     Biological structures

3.1  Menisci of the knee joint

3.2  Intervertebral discs

3.3  Teeth

3.4  Ligaments

3.5  Tendons

3.6  Skin

3.7  Nervs

3.8  Muscles

4.    Replacement materials

4.1  Basics (history, requirements, norms)

4.2  Steel (alloys, properties, reaction of the body)

4.3  Titan (alloys, properties, reaction of the body)

4.4  Ceramics and glas (properties, reaction of the body)

4.5  Plastics (properties of PMMA, HDPE, PET, reaction of the body)

4.6  Natural replacement materials

Knowledge of composition, structure, properties, function and changes/adaptations of biological and technical materials (which are used for replacements in-vivo). Acquisition of basics for theses work in the area of biomechanics.


Literatur

Hastings G and Ducheyne P.: Natural and living biomaterials. Boca Raton: CRC Press, 1984.

Williams D.: Definitions in biomaterials. Oxford: Elsevier, 1987.

Hastings G.: Mechanical properties of biomaterials: proceedings held at Keele University, September 1978. New York: Wiley, 1998.

Black J.: Orthopaedic biomaterials in research and practice. New York: Churchill Livingstone, 1988.

Park J.  Biomaterials: an introduction. New York: Plenum Press, 1980.

Wintermantel, E. und Ha, S.-W : Biokompatible Werkstoffe und Bauweisen. Berlin, Springer, 1996.


Modul M0643: Optoelectronics I - Wave Optics

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Optoelektronik I: Wellenoptik (L0359) Vorlesung 2 3
Optoelektronik I: Wellenoptik (Übung) (L0361) Gruppenübung 1 1
Modulverantwortlicher Dr. Alexander Petrov
Zulassungsvoraussetzungen None
Empfohlene Vorkenntnisse

Basics in electrodynamics, calculus


Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Students can explain the fundamental mathematical and physical relations of freely propagating optical waves.
They can give an overview on wave optical phenomena such as diffraction, reflection and refraction, etc. 
Students can describe waveoptics based components such as electrooptical modulators in an application oriented way.



Fertigkeiten

Students can generate models and derive mathematical descriptions in relation to free optical wave propagation.
They can derive approximative solutions and judge factors influential on the components' performance.


Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Students can jointly solve subject related problems in groups. They can present their results effectively within the framework of the problem solving course.


Selbstständigkeit

Students are capable to extract relevant information from the provided references and to relate this information to the content of the lecture. They can reflect their acquired level of expertise with the help of lecture accompanying measures such as exam typical exam questions. Students are able to connect their knowledge with that acquired from other lectures.


Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 78, Präsenzstudium 42
Leistungspunkte 4
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 60 Minuten
Zuordnung zu folgenden Curricula Elektrotechnik: Vertiefung Nanoelektronik und Mikrosystemtechnik: Wahlpflicht
Elektrotechnik: Vertiefung HF-Technik, Optik und Elektromagnetische Verträglichkeit: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Microelectronics and Microsystems: Vertiefung Microelectronics Complements: Wahlpflicht
Regenerative Energien: Vertiefung Solare Energiesysteme: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0359: Optoelectronics I: Wave Optics
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Dr. Alexander Petrov
Sprachen EN
Zeitraum SoSe
Inhalt
  • Introduction to optics
  • Electromagnetic theory of light
  • Interference
  • Coherence
  • Diffraction
  • Fourier optics
  • Polarisation and Crystal optics
  • Matrix formalism
  • Reflection and transmission
  • Complex refractive index
  • Dispersion
  • Modulation and switching of light
Literatur

Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, Fundamentals of Photonics, Wiley 2007 
Hecht, E., Optics, Benjamin Cummings, 2001
Goodman, J.W. Statistical Optics, Wiley, 2000
Lauterborn, W., Kurz, T., Coherent Optics: Fundamentals and Applications, Springer, 2002

Lehrveranstaltung L0361: Optoelectronics I: Wave Optics (Problem Solving Course)
Typ Gruppenübung
SWS 1
LP 1
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 16, Präsenzstudium 14
Dozenten Dr. Alexander Petrov
Sprachen EN
Zeitraum SoSe
Inhalt see lecture Optoelectronics 1 - Wave Optics
Literatur

see lecture Optoelectronics 1 - Wave Optics

Modul M0930: Semiconductor Seminar

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Halbleiterseminar (L0760) Seminar 2 2
Modulverantwortlicher Prof. Matthias Kuhl
Zulassungsvoraussetzungen None
Empfohlene Vorkenntnisse

Semiconductors

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen Students can explain the most important facts and relationships of a specific topic from the field of semiconductors.
Fertigkeiten

Students are able to compile a specified topic from the field of semiconductors and to give a clear, structured and comprehensible presentation of the subject. They can comply with a given duration of the presentation. They can write in English a summary including illustrations that contains the most important results, relationships and explanations of the subject.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz Students are able to adapt their presentation with respect to content, detailedness, and presentation style to the composition and previous knowledge of the audience. They can answer questions from the audience in a curt and precise manner.
Selbstständigkeit Students are able to autonomously carry out a literature research concerning a given topic. They can independently evaluate the material. They can self-reliantly decide which parts of the material should be included in the presentation.
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Leistungspunkte 2
Studienleistung Keine
Prüfung Referat
Prüfungsdauer und -umfang 15 Minuten Vortrag + 5-10 Minuten Diskussion + 2 Seiten schriftliche Zusammenfassung
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0760: Semiconductor Seminar
Typ Seminar
SWS 2
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Matthias Kuhl, Prof. Manfred Eich, Prof. Hoc Khiem Trieu, Dr. rer. nat. Thomas Kusserow
Sprachen EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

Prepare, present, and discuss talks about recent topics from the field of semiconductors. The presentations must be given in English.

Evaluation Criteria:

  • understanding of subject, discussion, response to questions
  • structure and logic of presentation (clarity, precision)
  • coverage of the topic, selection of subjects presented
  • linguistic presentation (clarity, comprehensibility)
  • visual presentation (clarity, comprehensibility)
  • handout (see below)
  • compliance with timing requirement.

Handout:
Before your presentation, it is mandatory to distribute a printed
handout (short abstract) of your presentation in English language. This must be no
longer than two pages A4, and include the most important results,
conclusions, explanations and diagrams.

Literatur

Aktuelle Veröffentlichungen zu dem gewählten Thema

Modul M1220: Grenzflächen und grenzflächenbestimmte Materialien

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Die hierarchischen Materialien der Natur (L1663) Seminar 2 3
Grenzflächen (L1654) Vorlesung 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Patrick Huber
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Kenntnisse in Werkstoffwissenschaften, z.B. aus den Modulen Werkstoffwissenschaft I/II, und in physikalischer Chemie


Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können die strukturellen und thermodynamischen Eigenschaften von Grenzflächen im Vergleich zu denen im Volumenmaterial erläutern. Sie können die werkstoffwissenschaftliche Bedeutung von Grenzflächen und von physiko-chemischen Modifizierungen der Grenzflächen beschreiben. Weiterhin können Sie die wesentlichen Merkmale von Biomaterialien darstellen und in Bezug setzen zu klassischen Materialsystemen wie Metallen, Keramiken oder Polymeren. 


Fertigkeiten

Die Studierenden sind fähig, den Einfluss von Grenzflächen auf die Eigenschaften und Funktionalitäten von Materialen einzuschätzen. Sie können weiterhin die besonderen Eigenschaften von Biomaterialien auf deren hierarchisch Hybridstrukturen zurückführen. 

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können Lösungen gegenüber Spezialisten präsentieren und Ideen weiterentwickeln.

Selbstständigkeit

Die Studierenden können ...

  • ihre eigenen Stärken und Schwächen ermitteln.
  • benötigtes Wissen aneignen.
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 124, Präsenzstudium 56
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 90 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Mechanical Engineering and Management: Vertiefung Werkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1663: Nature's Hierarchical Materials
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Gerold Schneider
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt

Biological materials are omnipresent in the world around us. They are the main constituents in plant and animal bodies and have a diversity of functions. A fundamental function is obviously mechanical providing protection and support for the body. But biological materials may also serve as ion reservoirs (bone is a typical example), as chemical barriers (like cell membranes), have catalytic function (such as enzymes), transfer chemical into kinetic energy (such as the muscle), etc.This lecture will focus on materials with a primarily (passive) mechanical function: cellulose tissues (such as wood), collagen tissues (such as tendon or cornea), mineralized tissues (such as bone, dentin and glass sponges). The main goal is to give an introduction to the current knowledge of the structure in these materials and how these structures relate to their (mostly mechanical) functions.

Literatur

Peter Fratzl, Richard Weinkamer, Nature’s hierarchical materialsProgress,  in Materials Science 52 (2007) 1263-1334

Journal publications

Lehrveranstaltung L1654: Grenzflächen
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Patrick Huber
Sprachen DE
Zeitraum SoSe
Inhalt
  • Mikroskopische Struktur und Thermodynamik von Phasengrenzflächen (gas/fest, gas/flüssig, flüssig/flüssig, flüssig/fest)
  • Experimentelle Methoden zur Untersuchung von Grenzflächen
  • Grenzflächenkräfte
  • Benetzung
  • Surfactants, Schäume, Biomembranen
  • Chemische Funktionalisierung von Grenzflächen
Literatur

"Physics and Chemistry of Interfaces", K.H. Butt, K. Graf, M. Kappl, Wiley-VCH Weinheim (2006)

"Interfacial Science", G.T. Barnes, I.R. Gentle, Oxford University Press (2005)

Modul M1238: Quantenmechanik von Festkörpern

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Quantenmechanik von Festkörpern (L1675) Vorlesung 2 4
Quantenmechanik von Festkörpern (L1676) Gruppenübung 1 2
Modulverantwortlicher Prof. Stefan Müller
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Kenntnisse in höherer Mathematik wie Analysis, Lineare Algebra, Differentialgleichungen und Komplexe Funktionen, z.B. Mathematik I-IV
Kenntnisse in Mechanik und Physik, insbesondere Festkörperphysik, z.B. Materialphysik


Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können…

…die Grundlagen der Quantenmechanik erklären.

…die Bedeutung des Quantenphysik für die Beschreibung von Materialeigenschaften einschätzen.

…Korrelationen zwischen quantenmechanischen Phänomenen und deren Konsequenzen für die makroskopischen Eigenschaften von Materialien analysieren.

Die Studenten sind damit in der Lage, wichtige Fragestellungen der Ingenieur-Wissenschaften mit quantenmechanischen Eigenschaften von Materialien in Verbindung zu bringen und damit zu erklären.

Fertigkeiten

Nach Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage...

...Materialdesign auf quantenmechanischer Basis zu betreiben. 

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können mit Experten aus Fachbereichen wie Physik und Werkstoffwissenschaften kompetent über Fragen mit quantenmechanischem Hintergrund diskutieren.


Selbstständigkeit

Die Studierenden sind in der Lage selbstständig Lösungen zu quantenmechanischen Problemen zu erarbeiten. Sie können sich zusätzlich nötiges Wissen zur Behandlung von komplexeren Fragestellungen mit quantenmechanischem Hintergrund aus der Literatur aneignen.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 138, Präsenzstudium 42
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Mündliche Prüfung
Prüfungsdauer und -umfang
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1675: Quantenmechanik von Festkörpern
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 4
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 92, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Stefan Müller
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

1. Einleitung
1.1 Bedeutung der Quantenmechanik (QM)
1.2 Einteilung von Festkörpern

2. Grundlagen der Quantenmechanik
2.1 Erinnerung : Elemente der Klassischen Mechanik
2.2 Motivation Quantenmechanik
2.3 Teilchen-Welle Dualismus
2.4 QM Formalismus

3. Grundlegende QM Probleme
3.1 Eindimensionale Probleme: Teilchen in einem Potenzial
3.2 System mit 2 Zuständen
3.3 Harmonische Oszillator
3.4 Elektronen in einem magnetischen Feld
3.5 Wasserstoffatom

4. Quanteneffekte in kondensierter Materie
4.1 Einleitung
4.2 Elektronische Zustände
4.3 Magnetismus
4.4 Supraleitung
4.5 Quanten-Hall-Effekt

Literatur

Physik für Ingenieure, Hering/Martin/Stohrer, Springer

Atom- und Quantenphysik, Haken/Wolf, Springer

Grundkurs Theoretische Physik 5|1, Nolting, Springer

Electronic Structure of Materials, Sutton, Oxford

Materials Science and Engineering: An Introduction, Callister/Rethwisch, Edition 9, Wiley

Lehrveranstaltung L1676: Quantenmechanik von Festkörpern
Typ Gruppenübung
SWS 1
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 46, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Stefan Müller
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M1239: Experimentelle Mikro- und Nanomechanik

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Experimentelle Mikro- und Nanomechanik (L1673) Vorlesung 2 4
Experimentelle Mikro- und Nanomechanik (L1674) Gruppenübung 1 2
Modulverantwortlicher Dr. Erica Lilleodden
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundlagen der Werkstoffwissenschaften I/II,        

Mechanische Eigenschaften, Phänomene und Methoden der Materialwissenschaften

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Studierende können die Prinzipien von mechanische Verhalten (z.B. Spannung, Dehnung, E-Modul, Festigkeit, Verfestigung, Versage, Bruch) beschreiben.

Studierende können Mikrostrukturen auf unterschiedliche Arten (z.B., REM, XRD) charakterisieren.

Studierende können die komplexen Zusammenhänge der Struktur-Eigenschaftsbeziehung erklären.

Fertigkeiten

Studierende sind in der Lage, standardisierte Berechnungsmethoden in einem angegebenen Kontext einzusetzen, um unter wechselnden Belastungszuständen die mechanischen Eigenschaften (E-Modul, Stärke) aus verschiedenen Materialien zu berechnen und bewerten.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können:

- angemessen Feedback geben und mit Rückmeldungen zu ihren eigenen Leistungen konstruktiv umgehen.

Selbstständigkeit

Studierende sind fähig

- eigene Stärken und Schwächen allgemein einzuschätzen

- angeleitet durch Lehrende ihren jeweiligen Lernstand konkret zu beurteilen und auf dieser Basis weitere Arbeitsschritte zu definieren.

- selbständig auf Basis von Vorträgen zu arbeiten um Probleme zu lösen, und, wenn nötig, um Hilfe oder Klarstellungen zu bitten

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 138, Präsenzstudium 42
Leistungspunkte 6
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 60 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Materialwissenschaften: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1673: Experimentelle Mikro- und Nanomechanik
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 4
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 92, Präsenzstudium 28
Dozenten Dr. Erica Lilleodden
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt

Hier werden die Prinzipien der mechanischen Prüfverfahren auf der Mikro- und Nanoskala präsentiert. Wir werden uns dabei auf metallische Materialien konzentrieren, obwohl Fragestellungen im Zusammenhang mit Keramiken und Polymeren ebenfalls diskutiert werden. Moderne Methoden werden behandelt. Dazu werden die wissenschaftliche Fragestellungen diskutiert, die mit eben diesen Methoden bearbeitet werden.

  • Prinzipien der Mikromechanik
    • Motivation für kleinskalige Prüfverfahren
    • Methoden den Probevorbereitung
    • Experimentelle Artifakten und Auflösungen
  • Komplementäre Strukturanalyseverfahren
    • Electron back scattered diffraction
    • Transmissions-Elektronenmikroskopie
    • Mikro-Laue Diffraktion
  • Nanoindentation-basierte Testing
    • Prinzipien der Kontaktmechanik
    • Berkovich Indentation
      • Konfiguration der Belastung
      • Grundgleichungen der Spannungs-Dehnungsanalyse                    Anwendungsbeispel:
        • Indentation Grossen Effekten
    • Mikrodruckversuchen
      • Konfiguration der Belastung
      • Grundgleichungen der Spannungs-Dehnungsanalyse                    Anwendungsbeispel:
        • Grossen Effekten der Fliessspangung
    • Mikrobiegebalkenversuchen
      • Konfiguration der Belastung
      • Grundgleichungen der Spannungs-Dehnungsanalyse                    Anwendungsbeispel:
        • Bruchverhalten
Literatur

Vorlesungsskript

Aktuelle Publikationen

Lehrveranstaltung L1674: Experimentelle Mikro- und Nanomechanik
Typ Gruppenübung
SWS 1
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 46, Präsenzstudium 14
Dozenten Dr. Erica Lilleodden
Sprachen DE/EN
Zeitraum SoSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung

Modul M1335: BIO II: Gelenkersatz

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Gelenkersatz (L1306) Vorlesung 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Michael Morlock
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundlegende Kenntnisse über orthopädische  und chirurgische Verfahren.

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Studierende können die Krankheiten, die einen Gelenkersatz notwendig machen können, aufzählen. 

Fertigkeiten

Studierende können die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Endoprothesentypen darstellen und erklären.

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können mit ihren Kommilitoninnen und Kommilitonen sowie den Lehrenden eine Diskussion zu Fragestellungen bezüglich Endoprothesen führen.

Selbstständigkeit

Studierende können sich benötigte Informationen selber erarbeiten und diese hinsichtlich der Belastbarkeit einschätzen.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Leistungspunkte 3
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 90 min
Zuordnung zu folgenden Curricula Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Vertiefung II. Verfahrenstechnik und Biotechnologie: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Künstliche Organe und Regenerative Medizin: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Implantate und Endoprothesen: Pflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Medizin- und Regelungstechnik: Wahlpflicht
Mediziningenieurwesen: Vertiefung Management und Administration: Wahlpflicht
Orientierungsstudium: Kernqualifikation: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Technischer Ergänzungskurs: Wahlpflicht
Theoretischer Maschinenbau: Vertiefung Bio- und Medizintechnik: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1306: Gelenkersatz
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Michael Morlock
Sprachen DE
Zeitraum SoSe
Inhalt

Inhalt (deutsch)

1.  EINLEITUNG (Bedeutung, Ziel, Grundlagen, allg. Geschichte des künstlichen Gelenker-satzes)

2.  FUNKTIONSANALYSE (Der menschliche Gang, die menschliche Arbeit, die sportliche Aktivität)

3.  DAS HÜFTGELENK (Anatomie, Biomechanik, Gelenkersatz Schaftseite und Pfannenseite, Evolution der Implantate)

4.  DAS KNIEGELENK (Anatomie, Biomechanik, Bandersatz, Gelenkersatz femorale, tibiale und patelläre Komponenten)

5.  DER FUß (Anatomie, Biomechanik, Gelen-kersatz, orthopädische Verfahren)

6.  DIE SCHULTER (Anatomie, Biomechanik, Gelenkersatz)

7.  DER ELLBOGEN (Anatomie, Biomechanik, Gelenkersatz)

8.  DIE HAND (Anatomie, Biomechanik, Ge-lenkersatz)

9.  TRIBOLOGIE NATÜRLICHER UND KÜNST-LICHER GELENKE (Korrosion, Reibung, Verschleiß)

Literatur

Literatur:

Kapandji, I..: Funktionelle Anatomie der Gelenke (Band 1-4), Enke Verlag, Stuttgart, 1984.

Nigg, B., Herzog, W.: Biomechanics of the musculo-skeletal system, John Wiley&Sons, New York 1994

Nordin, M., Frankel, V.: Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System, Lea&Febiger, Philadelphia, 1989.

Czichos, H.: Tribologiehandbuch, Vieweg, Wiesbaden, 2003.

Sobotta und Netter für Anatomie der Gelenke

Modul M0519: Partikeltechnologie und Feststoffverfahrenstechnik

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Partikeltechnologie II (L0051) Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung 1 1
Partikeltechnologie II (L0050) Vorlesung 2 2
Praktikum Partikeltechnologie II (L0430) Laborpraktikum 3 3
Modulverantwortlicher Prof. Stefan Heinrich
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse Grundkenntnisse der Partikeltechnologie und Feststoffverfahrenstechnik, Kenntnis der grundlegenden Verfahren
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden sind nach Abschluss des Moduls in der Lage, basierend auf der Kenntnis der Mikroprozesse auf Partikelebene die Prozesse der Feststoffverfahrenstechnik sehr detailliert zu beschreiben und zu erläutern.

Fertigkeiten

Die Studenten sind in der Lage, die notwendigen Verfahren und Apparate zur gezielten Prozessierung von Feststoffen in Abhängigkeit von den spezifischen Partikeleigenschaften auszuwählen, zu modifizieren und zu modellieren

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden sind in der Lage Aufgaben im Bereich der Feststoffverfahrenstechnik in kleinen Gruppen zu bearbeiten und die gesammelten Ergebnisse anschließend mündlichen zu präsentieren. Die Studierenden sind befähigt, fachliches Wissen mit wissenschaftlichen Kollegen zu diskutieren.

Selbstständigkeit

Studierende sind dazu in der Lage Fragestellungen in der Partikeltechnologie selbstständig und in kleinen Gruppen zu analysieren und zu lösen.

Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 96, Präsenzstudium 84
Leistungspunkte 6
Studienleistung
Verpflichtend Bonus Art der Studienleistung Beschreibung
Ja Keiner Schriftliche Ausarbeitung fünf Berichte (pro Versuch ein Bericht) à 5-10 Seiten
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 120 Minuten
Zuordnung zu folgenden Curricula Bioverfahrenstechnik: Vertiefung A - Allgemeine Bioverfahrenstechnik: Wahlpflicht
Bioverfahrenstechnik: Vertiefung B - Industrielle Bioverfahrenstechnik: Wahlpflicht
Energie- und Umwelttechnik: Vertiefung Umwelttechnik: Wahlpflicht
Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Vertiefung II. Verfahrenstechnik und Biotechnologie: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Verfahrenstechnik: Kernqualifikation: Pflicht
Lehrveranstaltung L0051: Partikeltechnologie II
Typ Projekt-/problembasierte Lehrveranstaltung
SWS 1
LP 1
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 16, Präsenzstudium 14
Dozenten Prof. Stefan Heinrich
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt Siehe korrespondierende Vorlesung
Literatur Siehe korrespondierende Vorlesung
Lehrveranstaltung L0050: Partikeltechnologie II
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 2
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 32, Präsenzstudium 28
Dozenten Prof. Stefan Heinrich
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt
  • Übung in Form von "Project based Learning": selbstständiges Lösen von Problemstellungen der Feststoffverfahrenstechnik
  • Kontaktkräfte, interpartikuläre Kräfte
  • vertiefte Behandlung von Kornzerkleinerung
  • CFD Methoden zur Beschreibung von Fluid/Feststoffströmungen, Euler/Euler-Methode, Discrete Particle Modeling
  • Behandlung von Problemen mit verteilten Stoffeigenschaften, Lösung von Populationsbilanzen
  • Fließschemasimulation von Feststoffprozessen


Literatur

Schubert, H.; Heidenreich, E.; Liepe, F.; Neeße, T.: Mechanische Verfahrenstechnik. Deutscher Verlag für die Grundstoffindustrie, Leipzig, 1990.

Stieß, M.: Mechanische Verfahrenstechnik I und II. Springer Verlag, Berlin, 1992.


Lehrveranstaltung L0430: Praktikum Partikeltechnologie II
Typ Laborpraktikum
SWS 3
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 48, Präsenzstudium 42
Dozenten Prof. Stefan Heinrich
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe
Inhalt
  • Fluidisation
  • Agglomeration
  • Granulation
  • Trocknung
  • Bestimmung der mechanische Eigenschaften von Agglomeraten


Literatur

Schubert, H.; Heidenreich, E.; Liepe, F.; Neeße, T.: Mechanische Verfahrenstechnik. Deutscher Verlag für die Grundstoffindustrie, Leipzig, 1990.

Stieß, M.: Mechanische Verfahrenstechnik I und II. Springer Verlag, Berlin, 1992.


Modul M0644: Optoelectronics II - Quantum Optics

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Optoelektronik II: Quantenoptik (L0360) Vorlesung 2 3
Optoelektronik II: Quantenoptik (Übung) (L0362) Gruppenübung 1 1
Modulverantwortlicher Dr. Alexander Petrov
Zulassungsvoraussetzungen None
Empfohlene Vorkenntnisse

Basic principles of electrodynamics, optics and quantum mechanics

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Students can explain the fundamental mathematical and physical relations of quantum optical phenomena such as absorption, stimulated and spontanous emission. They can describe material properties as well as technical solutions. They can give an overview on quantum optical components in technical applications.

Fertigkeiten

Students can generate models and derive mathematical descriptions in relation to quantum optical phenomena and processes. They can derive approximative solutions and judge factors influential on the components' performance.


Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Students can jointly solve subject related problems in groups. They can present their results effectively within the framework of the problem solving course.


Selbstständigkeit

Students are capable to extract relevant information from the provided references and to relate this information to the content of the lecture. They can reflect their acquired level of expertise with the help of lecture accompanying measures such as exam typical exam questions. Students are able to connect their knowledge with that acquired from other lectures.


Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 78, Präsenzstudium 42
Leistungspunkte 4
Studienleistung Keine
Prüfung Klausur
Prüfungsdauer und -umfang 60 Minuten
Zuordnung zu folgenden Curricula Elektrotechnik: Vertiefung Nanoelektronik und Mikrosystemtechnik: Wahlpflicht
Elektrotechnik: Vertiefung HF-Technik, Optik und Elektromagnetische Verträglichkeit: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Microelectronics and Microsystems: Vertiefung Microelectronics Complements: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L0360: Optoelectronics II: Quantum Optics
Typ Vorlesung
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Dozenten Dr. Alexander Petrov
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt
  • Generation of light
  • Photons
  • Thermal and nonthermal light
  • Laser amplifier
  • Noise
  • Optical resonators
  • Spectral properties of laser light
  • CW-lasers (gas, solid state, semiconductor)
  • Pulsed lasers
Literatur

Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, Fundamentals of Photonics, Wiley 2007
Demtröder, W., Laser Spectroscopy: Basic Concepts and Instrumentation, Springer, 2002
Kasap, S.O., Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Prentice Hall, 2001
Yariv, A., Quantum Electronics, Wiley, 1988
Wilson, J., Hawkes, J., Optoelectronics: An Introduction, Prentice Hall, 1997, ISBN: 013103961X
Siegman, A.E., Lasers, University Science Books, 1986

Lehrveranstaltung L0362: Optoelectronics II: Quantum Optics (Problem Solving Course)
Typ Gruppenübung
SWS 1
LP 1
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 16, Präsenzstudium 14
Dozenten Dr. Alexander Petrov
Sprachen EN
Zeitraum WiSe
Inhalt see lecture Optoelectronics 1 - Wave Optics
Literatur

see lecture Optoelectronics 1 - Wave Optics

Modul M1291: Materialwissenschaftliches Seminar

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Seminar Metallische Nanomaterialien (L1757) Seminar 2 3
Seminar Verbundwerkstoffe (L1758) Seminar 2 3
Seminar keramische Hochleistungsmaterialien (L1801) Seminar 2 3
Seminar zu grenzflächenbestimmten Materialien (L1795) Seminar 2 3
Modulverantwortlicher Prof. Jörg Weißmüller
Zulassungsvoraussetzungen Keine
Empfohlene Vorkenntnisse

Grundkenntnisse Nanomaterialien, Elektrochemie, Grenzflächenphysik, Mechanik

Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen

Die Studierenden können die wichtigsten Sachverhalte und Zusammenhänge eines vergebenen Themas aus der Materialwissenschaft verständlich erklären.

Fertigkeiten

Die Studierenden sind in der Lage, ein vorgegebenes Thema aus der Materialwissenschaft zu erarbeiten und eine klare, strukturierte und verständliche Präsentation des Stoffes zu geben. Sie können eine vorgegebene Zeitdauer des Vortrags einhalten. Sie können eine schriftliche Zusammenfassung einschließlich Illustrationen in englischer Sprache verfassen, die die wichtigsten Ergebnisse, Zusammenhänge und Erläuterungen des Stoffes  enthält. 

Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Die Studierenden können sich hinsichtlich Inhalt, Detailliertheit und Präsentationsstil ihres Vortrags auf die Zusammensetzung und die Vorkenntnisse der Zuhörerschaft einstellen. Sie können Fragen aus dem Auditorium knapp und präzise beantworten.

Selbstständigkeit

Die Studierenden sind in der Lage, selbstständig eine Literaturrecherche zu einem gegebenen Thema durchzuführen. Sie sind in der Lage, selbstständig zu entscheiden, welche Teile des Materials im Vortrag aufgenommen werden sollten.

Arbeitsaufwand in Stunden Abhängig von der Wahl der Lehrveranstaltungen
Leistungspunkte 6
Zuordnung zu folgenden Curricula Materialwissenschaft: Vertiefung Nano- und Hybridmaterialien: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Modellierung: Wahlpflicht
Materialwissenschaft: Vertiefung Konstruktionswerkstoffe: Wahlpflicht
Lehrveranstaltung L1757: Seminar Metallische Nanomaterialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Jörg Weißmüller
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L1758: Seminar Verbundwerkstoffe
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Bodo Fiedler
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L1801: Seminar keramische Hochleistungsmaterialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Gerold Schneider
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur
Lehrveranstaltung L1795: Seminar zu grenzflächenbestimmten Materialien
Typ Seminar
SWS 2
LP 3
Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 62, Präsenzstudium 28
Prüfungsart Referat
Prüfungsdauer und -umfang
Dozenten Prof. Patrick Huber
Sprachen DE/EN
Zeitraum WiSe/SoSe
Inhalt
Literatur

Thesis

Modul M-002: Masterarbeit

Lehrveranstaltungen
Titel Typ SWS LP
Modulverantwortlicher Professoren der TUHH
Zulassungsvoraussetzungen
  • Laut ASPO § 21 (1):

    Es müssen mindestens 60 Leistungspunkte im Studiengang erworben worden sein. Über Ausnahmen entscheidet der Prüfungsausschuss.


Empfohlene Vorkenntnisse keine
Modulziele/ angestrebte Lernergebnisse Nach erfolgreicher Teilnahme haben die Studierenden die folgenden Lernergebnisse erreicht
Fachkompetenz
Wissen
  • Die Studierenden können das Spezialwissen (Fakten, Theorien und Methoden) ihres Studienfaches sicher zur Bearbeitung fachlicher Fragestellungen einsetzen.
  • Die Studierenden können in einem oder mehreren Spezialbereichen ihres Faches die relevanten Ansätze und Terminologien in der Tiefe erklären, aktuelle Entwicklungen beschreiben und kritisch Stellung beziehen.
  • Die Studierenden können eine eigene Forschungsaufgabe in ihrem Fachgebiet verorten, den Forschungsstand erheben und kritisch einschätzen.


Fertigkeiten
  • Die Studierenden sind in der Lage, für die jeweilige fachliche Problemstellung geeignete Methoden auszuwählen, anzuwenden und ggf. weiterzuentwickeln.
  • Die Studierenden sind in der Lage, im Studium erworbenes Wissen und erlernte Methoden auch auf komplexe und/oder unvollständig definierte Problemstellungen lösungsorientiert anzuwenden.
  • Die Studierenden können in ihrem Fachgebiet neue wissenschaftliche Erkenntnisse erarbeiten und diese kritisch beurteilen.


Personale Kompetenzen
Sozialkompetenz

Studierende können

  • eine wissenschaftliche Fragestellung für ein Fachpublikum sowohl schriftlich als auch mündlich strukturiert, verständlich und sachlich richtig darstellen.
  • in einer Fachdiskussion Fragen fachkundig und zugleich adressatengerecht beantworten und dabei eigene Einschätzungen überzeugend vertreten.


Selbstständigkeit

Studierende sind fähig,

  • ein eigenes Projekt in Arbeitspakete zu strukturieren und abzuarbeiten.
  • sich in ein teilweise unbekanntes Arbeitsgebiet des Studiengangs vertieft einzuarbeiten und dafür benötigte Informationen zu erschließen.
  • Techniken des wissenschaftlichen Arbeitens umfassend in einer eigenen Forschungsarbeit anzuwenden.


Arbeitsaufwand in Stunden Eigenstudium 900, Präsenzstudium 0
Leistungspunkte 30
Studienleistung Keine
Prüfung Abschlussarbeit
Prüfungsdauer und -umfang laut ASPO
Zuordnung zu folgenden Curricula Bauingenieurwesen: Abschlussarbeit: Pflicht
Bioverfahrenstechnik: Abschlussarbeit: Pflicht
Chemical and Bioprocess Engineering: Abschlussarbeit: Pflicht
Computer Science: Abschlussarbeit: Pflicht
Elektrotechnik: Abschlussarbeit: Pflicht
Energie- und Umwelttechnik: Abschlussarbeit: Pflicht
Energietechnik: Abschlussarbeit: Pflicht
Environmental Engineering: Abschlussarbeit: Pflicht
Flugzeug-Systemtechnik: Abschlussarbeit: Pflicht
Global Innovation Management: Abschlussarbeit: Pflicht
Informatik-Ingenieurwesen: Abschlussarbeit: Pflicht
Information and Communication Systems: Abschlussarbeit: Pflicht
Interdisciplinary Mathematics: Abschlussarbeit: Pflicht
Internationales Wirtschaftsingenieurwesen: Abschlussarbeit: Pflicht
Joint European Master in Environmental Studies - Cities and Sustainability: Abschlussarbeit: Pflicht
Logistik, Infrastruktur und Mobilität: Abschlussarbeit: Pflicht
Materialwissenschaft: Abschlussarbeit: Pflicht
Mechanical Engineering and Management: Abschlussarbeit: Pflicht
Mechatronics: Abschlussarbeit: Pflicht
Mediziningenieurwesen: Abschlussarbeit: Pflicht
Microelectronics and Microsystems: Abschlussarbeit: Pflicht
Produktentwicklung, Werkstoffe und Produktion: Abschlussarbeit: Pflicht
Regenerative Energien: Abschlussarbeit: Pflicht
Schiffbau und Meerestechnik: Abschlussarbeit: Pflicht
Ship and Offshore Technology: Abschlussarbeit: Pflicht
Teilstudiengang Lehramt Metalltechnik: Abschlussarbeit: Pflicht
Theoretischer Maschinenbau: Abschlussarbeit: Pflicht
Verfahrenstechnik: Abschlussarbeit: Pflicht
Wasser- und Umweltingenieurwesen: Abschlussarbeit: Pflicht
Zulassungs- und Sachverständigenwesen in der Luftfahrt: Abschlussarbeit: Pflicht