- General overview on modern engineering
- Displacement method
- Hybrid formulation
- Isoparametric elements
- Numerical integration
- Solving systems of equations (statics, dynamics)
- Eigenvalue problems
- Non-linear systems
- Applications

- Programming of elements (Matlab, hands-on sessions)
- Applications

Bathe, K.-J. (2000): Finite-Elemente-Methoden. Springer Verlag, Berlin

State space methods (single-input single-output)

• State space models and transfer functions, state feedback 
• Coordinate basis, similarity transformations 
• Solutions of state equations, matrix exponentials, Caley-Hamilton Theorem
• Controllability and pole placement 
• State estimation, observability, Kalman decomposition 
• Observer-based state feedback control, reference tracking 
• Transmission zeros
• Optimal pole placement, symmetric root locus 
Multi-input multi-output systems
• Transfer function matrices, state space models of multivariable systems, Gilbert realization 
• Poles and zeros of multivariable systems, minimal realization 
• Closed-loop stability
• Pole placement for multivariable systems, LQR design, Kalman filter 

Digital Control
• Discrete-time systems: difference equations and z-transform 
• Discrete-time state space models, sampled data systems, poles and zeros 
• Frequency response of sampled data systems, choice of sampling rate 

System identification and model order reduction 
• Least squares estimation, ARX models, persistent excitation 
• Identification of state space models, subspace identification 
• Balanced realization and model order reduction 

Case study
• Modelling and multivariable control of a process evaporator using Matlab and Simulink 
Software tools
• Matlab/Simulink

• Werner, H., Lecture Notes „Control Systems Theory and Design“
• T. Kailath "Linear Systems", Prentice Hall, 1980
• K.J. Astrom, B. Wittenmark "Computer Controlled Systems" Prentice Hall, 1997
• L. Ljung "System Identification - Theory for the User", Prentice Hall, 1999

• Kinematik deformierbarer Körper
• Bilanzgleichungen (Massenbilanz, Energiegleichung, …)
• Spannungszustand
• Materialmodellierung

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

I-S. Liu: Continuum Mechanics, Springer

• Kinematik deformierbarer Körper
• Bilanzgleichungen (Massenbilanz, Energiegleichung, …)
• Spannungszustand
• Materialmodellierung

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

I-S. Liu: Continuum Mechanics, Springer

1. Grundlagen von Mehrkörpersystemen
2. Kontinuumsmechanische Grundlagen
3. Lineare finite Elemente Modelle und Modellreduktion
4. Nichtlineare finite Elemente Modelle: Absolute Nodal Coordinate Formulation
   
5. Kinematik eines elastischen Körpers
   
6. Kinetik eines elastischen Körpers
7. Zusammenbau des Gesamtsystems
   

Schwertassek, R. und Wallrapp, O.: Dynamik flexibler Mehrkörpersysteme. Braunschweig, Vieweg, 1999.

Seifried, R.: Dynamics of Underactuated Multibody Systems, Springer, 2014.

Shabana, A.A.: Dynamics of Multibody Systems. Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2004, 3. Auflage.

1. Formulierung des Optimierungsproblems und Klassifikation
   
2. Skalare Optimierung
3. Sensitivitätsanalyse
4. Parameteroptimierung ohne Nebenbedingungen
5. Parameteroptimierung mit Nebenbedingungen
6. Stochastische Optimierungsverfahren
7. Mehrkriterienoptimierung
8. Topologieoptimierung
   

Bestle, D.: Analyse und Optimierung von Mehrkörpersystemen. Springer, Berlin, 1994.

Nocedal, J. , Wright , S.J. : Numerical Optimization. New York: Springer, 2006.

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

[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

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

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

Numerische Verfahren für Anfangswertprobleme

• Einschrittverfahren
  
• Mehrschrittverfahren
• Steife Probleme
• Differentiell-algebraische Gleichungen vom Index 1

Numerische Verfahren für Randwertaufgaben

• Anfangswertmethoden
• Mehrzielmethode
• Differenzenverfahren
• Variationsmethoden
  

• E. Hairer, S. Noersett, G. Wanner: Solving Ordinary Differential Equations I: Nonstiff Problems
• E. Hairer, G. Wanner: Solving Ordinary Differential Equations II: Stiff and Differential-Algebraic Problems
  

- Boundary value problems
- Integral equations
- Fundamental Solutions
- Element formulations
- Numerical integration
- Solving systems of equations (statics, dynamics)
- Special BEM formulations
- Coupling of FEM and BEM

- Hands-on Sessions (programming of BE routines)
- Applications

Gaul, L.; Fiedler, Ch. (1997): Methode der Randelemente in Statik und Dynamik. Vieweg, Braunschweig, Wiesbaden
Bathe, K.-J. (2000): Finite-Elemente-Methoden. Springer Verlag, Berlin

- Grundlagen der Kinematik

- Grundlagen der statischen und dynamischen Stabilität humanoider Robotersysteme

- Verknüpfung verschiedener Entwicklungsumgebungen (Matlab, C++, Webots)

- Einführung in das Softwareframework für humanoide Roboter der TUHH

- Bearbeitung einer Projektaufgabe im Team

- Präsentation und Demonstration von Zwischen- und Endergebnissen 

- B. Siciliano, O. Khatib. "Handbook of Robotics. Part A: Robotics Foundations",

Springer (2008).

- D. Gouaillier, V. Hugel, P. Blazevic. "The NAO humanoid: a combination of performance

and affordability. " Computing Research Repository (2008)

- Data sheet: "NAO H25 (V3.3) ", Aldebaran Robotics (http://www.aldebaran-robotics.com)

• Optimal regulator problem with finite time horizon, Riccati differential equation
• Time-varying and steady state solutions, algebraic Riccati equation, Hamiltonian system
• Kalman’s identity, phase margin of LQR controllers, spectral factorization
• Optimal state estimation, Kalman filter, LQG control
• Generalized plant, review of LQG control
• Signal and system norms, computing H2 and H∞ norms
• Singular value plots, input and output directions
• Mixed sensitivity design, H∞ loop shaping, choice of weighting filters

• Case study: design example flight control
• Linear matrix inequalities, design specifications as LMI constraints (H2, H∞ and pole region)
• Controller synthesis by solving LMI problems, multi-objective design
• Robust control of uncertain systems, small gain theorem, representation of parameter uncertainty

• Werner, H., Lecture Notes: "Optimale und Robuste Regelung"
• Boyd, S., L. El Ghaoui, E. Feron and V. Balakrishnan "Linear Matrix Inequalities in Systems and Control", SIAM, Philadelphia, PA, 1994
• Skogestad, S. and I. Postlewhaite "Multivariable Feedback Control", John Wiley, Chichester, England, 1996
• Strang, G. "Linear Algebra and its Applications", Harcourt Brace Jovanovic, Orlando, FA, 1988
• Zhou, K. and J. Doyle "Essentials of Robust Control", Prentice Hall International, Upper Saddle River, NJ, 1998

• generation of numerical grids with a common grid generator
• selection of models and boundary conditions
• basic numerical simulation with OpenFoam within the TUHH CIP-Pool

• Introduction into partial differential equations
• Basic equations
• Boundary conditions and grids
• Numerical methods
• Finite difference method
• Finite volume method
• Time discretisation and stability
• Population balance
• Multiphase Systems
• Modeling of Turbulent Flows
• Exercises: Stability Analysis 
• Exercises: Example on CFD - analytically/numerically 

Paschedag A.R.: CFD in der Verfahrenstechnik: Allgemeine Grundlagen und mehrphasige Anwendungen, Wiley-VCH, 2004 ISBN 3-527-30994-2.

Ferziger, J.H.; Peric, M.: Numerische Strömungsmechanik. Springer-Verlag, Berlin, 2008, ISBN: 3540675868.

Ferziger, J.H.; Peric, M.: Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer, 2002, ISBN 3-540-42074-6

• Some lectures will be carried out as computer exercises
  
• Introduction to Statistical Mechanics
• The ensemble concept
• The classical limit
• Intermolecular potentials, force fields
• Monte Carlo simulations (acceptance rules) (Übungen im Rechnerpool) (exercises in computer pool)
• Molecular Dynamics Simulations (integration of equations of motion, calculating transport properties) (exercises in computer pool)
• Molecular simulation of Phase equilibria (Gibbs Ensemble)
  
• Methods for the calculation of free energies
  

Daan Frenkel, Berend Smit: Understanding Molecular Simulation, Academic Press

M. P. Allen, D. J. Tildesley: Computer Simulations of Liquids, Oxford Univ. Press 

A.R. Leach: Molecular Modelling – Principles and Applications, Prentice Hall, N.Y.

D. A. McQuarrie: Statistical Mechanics, University Science Books

T. L. Hill: Statistical Mechanics , Dover Publications 

In Gruppen werden praktische Übungen aus unterschiedlichen Bereichen der Technischen Dynamik mit Schwerpunkt numerischer Simulation, experimenteller Validierung und experimenteller Schwingungsanalyse selbständig durchgeführt. Die in der Vorlesung Technischer Dynamik erarbeiteten numerischen Simulationsmethoden werden für Beispielsysteme selbständig in Matlab implementiert und simuliert. Anhand der experimentellen Versuche wird neben dem Wissen über die aktuelle Problemstellung Erfahrungen im Umgang mit Meßgeräten, Sensoren, Signalverarbeitungsgeräten und mit der Meßdatenverarbeitung am PC gesammelt.

Schiehlen, W.; Eberhard, P.: Technische Dynamik, 4. Auflage, Vieweg+Teubner: Wiesbaden, 2014.

1. Modellierung von Mehrkörpersystemen
2. Kinematische und kinetische Grundlagen
3. Bindungen
4. Mehrkörpersysteme in Minimalkoordinaten
5. Zustandsraum, Linearisierung und Modalanalyse
   
6. Mehrkörpersysteme mit kinematischen Schleifen
7. Mehrkörpersysteme in DAE-Form
8. Nichtholonome Mehrkörpersysteme
9. Experimentelle Methoden in der Dynamik
   

Schiehlen, W.; Eberhard, P.: Technische Dynamik, 4. Auflage, Vieweg+Teubner: Wiesbaden, 2014.

Woernle, C.: Mehrkörpersysteme, Springer: Heidelberg, 2011.

Seifried, R.: Dynamics of Underactuated Multibody Systems, Springer, 2014.

Experiment Guides

Experiment Guides

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

[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.

• Linear Parameter-Varying (LPV) Gain Scheduling
  
  - Linearizing gain scheduling, hidden coupling
  - Jacobian linearization vs. quasi-LPV models
  - Stability and induced L2 norm of LPV systems
  - Synthesis of LPV controllers based on the two-sided projection lemma
  - Simplifications: controller synthesis for polytopic and LFT models
  - Experimental identification of LPV models
  - Controller synthesis based on input/output models
  - Applications: LPV torque vectoring for electric vehicles, LPV control of a robotic manipulator

• Control of Multi-Agent Systems
  
  - Communication graphs
  - Spectral properties of the graph Laplacian
  - First and second order consensus protocols
  - Formation control, stability and performance
  - LPV models for agents subject to nonholonomic constraints
  - Application: formation control for a team of quadrotor helicopters

• Control of Spatially Interconnected Systems
  
  - Multidimensional signals, l2 and L2 signal norm
  - Multidimensional systems in Roesser state space form
  - Extension of real-bounded lemma to spatially interconnected systems
  - LMI-based synthesis of distributed controllers
  - Spatial LPV control of spatially varying systems
  - Applications: control of temperature profiles, vibration damping for an actuated beam

• Werner, H., Lecture Notes "Advanced Topics in Control"
• Selection of relevant research papers made available as pdf documents via StudIP

Experiment Guides

Experiment Guides

Experiment Guides

Experiment Guides

Erlernen der grundlegenden handwerkliche Fähigkeit bei der Kultivierung tierischer und humaner Zellen

Blockpraktikum

Lindl, T. und Gstraunthaler, G.: Zell- und Gewebekultur. Von den Grundlagen zur Laborbank. Spektrum Akademischer Verlag; 6. Auflage 2008.

Der Kurs beschäftigt sich mit der Anwendung biotechnologischer Techniken für Regeneration menschlicher Gewebe. Die Hauptthemen sind Tissue engineering zur Erzeugung von künstlichen Organen wie Knorpel, Leber, Blutgefäßen etc. und ihre Anwendungen: 

Einleitung (historische Entwicklung, Beispiele für die medizinischen und technischen Anwendungen, Marktübersicht)

Spezifische Grundlagen der Zelle (Zellenphysiologie, Biochemie, Metabolismus, spezielle Anforderungen für Zellenkultur "in-vitro")

Spezifische Prozeßgrundlagen (Anforderungen für Kultursysteme, Beispiele für Reaktorentwurf, mathematisches Modellieren, Prozess- und Steuerstrategien)

Beispiele für Anwendungen für klinische Anwendungen, Wirkstofftestung und Materialprüfung

Die Grundlagen werden von den Dozenten dargestellt. Der aktelle Stand der Entwicklung wird von den Studenten anhand ausgewählter aktueller Publikationen selbstständig erarbeitet und während des Kurses präsentiert.

Regenerative Biology and Medicine (Taschenbuch) von David L. Stocum; Academic Pr Inc; ISBN-10: 0123693713 ,  ISBN-13: 978-0123693716  

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.

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.

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:

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

- kinematics
- calibration
- tracking systems
- navigation and image guidance
- motion compensation
The seminar extends and complements the contents of the lecture with respect to recent research results.

Spong et al.: Robot Modeling and Control, 2005
Troccaz: Medical Robotics, 2012
Further literature will be given in the lecture.

Im Rahmen der Vorlesung werden die physikalischen Grundlagen, die Grundlagen der Bildgebung und die Hauptapplikationsgebiete der Magnetresonanz Tomographie (MR), der Bildgebung mittels Röntgenstrahlung (X-ray und CT), der nuklearen Bildgebung (SPECT und PET) und des Ultraschalls (US) vermittelt. Am Ende der Vorlesung sollte jeder Student ein Basisverständniss der verschiedenen Modalitäten, ihrer Hauptanwendungsgebiete in der Medizin und ihre Stärken und Schwächen erworben haben.

Die Vorlesung teilt sich in eine Einführung und fünf Blöcke auf:

In jedem Block werden die physikalischen Grundlagen der Modalität erklärt. Darauf aufbauend werden die Prinzipien der Signalerzeugung und ihrer Detektion diskutiert. Im folgenden, werden die resultierenden Bildkontraste veranschaulicht und die Basis der zweidimensionalen und dreidimensionalen Bildgebung vermittelt. Abschließend werden die prinzipiellen Limitierungen jeder Modalität und erwartete zukünftige Entwicklungen vorgestellt.

0: Einführungsvorlesung
1: medizinische Bildgebung mittels Ultraschalls
2: Projektionsröntgenbildgebung
3: Röntgen-Computertomographie
4: Magentresonanztomographie
5: Bildgebung mittels nuklearer Verfahren

• Ultraschall: Physikalische Grundlagen, Aufbau und technische Realisierung eines Ultraschallsystems, Bildgebungsverfahren, Flußmessverfahren, medizinische Anwendungen.
• Röntgen: Physikalische Grundlagen der Röntgenbildgebung, Aufbau von Röntgenröhren, Detektion von Röntgenstrahlung, Techniken der Bildaufnahme, Bildkontrast, Projektionsröntgen, Dosisquantifizierung.
• Computer Tomographie (CT): Aufbau eines Computer-Tomographen, Datenakquisition, Bildrekonstruktion und Bildkontrast, ausgewählte medizinische Anwendungen.
• Magnetresonanz Tomographie (MRT): Physikalische Grundlagen, Aufbau eines MR-Tomographen, Grundlagen der MR-Bildgebung, Relaxation und Bildkontrast, ausgewählte medizinische Anwendungen.
• Nuklearmedizin: Kernphysikalische Grundlagen, Herstellung von Radionukleiden, Nuklearmedinische Meßtechnik, Szintigraphie, Single Photon Emission Computer Tomographie (SPECT), Positronen Emissions Tomographie (PET), medizinische Anwendungen.

Primary book:

1. P. Suetens, "Fundamentals of Medical Imaging", Cambridge Press

Secondary books:

- A. Webb, "Introduction to Biomedical Imaging", IEEE Press 2003.

- W.R. Hendee and E.R. Ritenour, "Medical Imaging Physics", Wiley-Liss, New York, 2002.

- H. Morneburg (Edt), "Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik", Erlangen: Siemens Publicis MCD Verlag, 1995.

- O. Dössel, "Bildgebende Verfahren in der Medizin", Springer Verlag Berlin, 2000.

- methods for search, optimization,  planning,  classification, regression and prediction in a clinical context
- representation of medical knowledge
- understanding challenges due to clinical and patient related data and data acquisition
The students will work in groups to apply the methods introduced during the lecture using problem based learning.

Russel & Norvig: Artificial Intelligence: a Modern Approach, 2012
Berner: Clinical Decision Support Systems: Theory and Practice, 2007
Greenes: Clinical Decision Support: The Road Ahead, 2007
Further literature will be given in the lecture

• Grundlagen der Energieübertragung und -verteilung
• Betriebsmittel und neuartige Technologien der elektrischen Energieversorgung
• Grundlagen der Netzplanung und Betriebsführung
• Smart Grid/ Smart Energy
• Hochspannungstechnik

Heuck, F. K.; Dettmann, K.D.; Schulz, D.: Elektrische Energieversorgung. 8. Auflage. Wiesbaden: Vieweg + Teubner Verlag 2010

• Aufbau von Drehstromsystemen
• Leistung in Drehstromnetzen
• Aufbau und Funktion von Kohlekraftwerken
• Netzregelung: Primär- und Sekundärregelung
• Gaskraftwerke, Kernkraftwerke und Wasserkraftwerke
• Aufbau und Funktion von Synchrongeneratoren
• Aufbau von Transformatoren
• Aufbau und Ersatzschaltbild von Kabeln und Freileitungen
• Dreipoliger Kurzschluss
• Auslegung von Netzen im Normalbetrieb
• Lastflussberechnung
• Ersatzspannungsquellenverfahren
• Restspannungsverfahren
• Thermische und mechanische Auswirkungen beim Kurzschluss
• Symmetrische Komponenten – asymmetrische Fehler
• Erdung und Schutz in Energieversorgungssystemen
• Betrieb von Netzen und Kompensation

• Heuck, K.; Dettmann, K.-D.; Schulz, D.: „Elektrische Energieversorgung“. Vieweg Verlag, 8. Auflage, Wiesbaden, 2010
• Oeding, D.; Oswald, B. R.: „Elektrische Kraftwerke und Netze”. Springer Verlag, 7. Auflage, Berlin, 2011
• Hosemann, G.: „Elektrische Energietechnik, Band 3: Netze“. Springer Verlag, 30. Auflage, Berlin, 2001

• Netzintegration regenerativer Einspeiser
• Auswirkungen einer verstärkt regenerativen Einspeisung auf die Energieversorgungsnetze
• Speicherbedarf bei einem hohen Anteil regenerativer Erzeugung
• Regenerative Stromerzeugungstechnologien
• Elektrische Energiespeichertechnologien
• Alternativen zur elektrischen Energiespeicherung (Erzeuger- und Verbraucherflexibilisierung)

• Heuck, F. K.; Dettmann, K.D.; Schulz, D.: Elektrische Energieversorgung. 8. Auflage. Wiesbaden: Vieweg + Teubner Verlag 2010
• Schulz, D.: Integration von Windkraftanlagen in Energieversorgungsnetze – Stand der Technik und Perspektiven für die dezentrale Stromerzeugung. Habilitationsschrift, Technische Universität Berlin: 2006
• Popp, M.:Speicherbedarf bei einer Stromversorgung mit erneuerbaren Energien. Berlin, Heidelberg: Springer 2010
• VDE-Studie: Energiespeicher für die Energiewende. Frankfurt am Main: VDE (ETG) 2012
• VDE-Studie: Energiespeicher in Stromversorgungssystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energieträger. Frankfurt am Main: VDE (ETG) 2008
• Droste-Franke, B.; Paal, B. P.; Rehtanz, C.; Sauer, D. U.; Schneider, J.-P.; Schreurs, M.; Ziesemer, T.: Balancing Renewable Electricity - Energy Storage, Demand Side Management, and Network Extension from an Interdisciplinary Perspective. Heidelberg, Dordrecht, London, New York: Springer 2012

• Einführung
• Bauelemente einer Dampfturbine
• Energieumsetzung in einer Dampfturbine
• Dampfturbinen-Bauarten
• Verhalten von Dampfturbinen
• Stopfbuchssysteme bei Dampfturbinen
• Axialschub
• Regelung von Dampfturbinen
• Festigkeitsberechnung der Beschaufelung
• Schaufel- und Rotorschwingungen
• Grundlagen für den sicheren Dampfturbinenbetrieb
• Anwendungen in konventionellen und regenerativen  Kraftwerken 

• Traupel, W.: Thermische Turbomaschinen. Berlin u. a., Springer (TUB HH: Signatur MSI-105) 
• Menny, K.: Strömungsmaschinen: hydraulische und thermische Kraft- und Arbeitsmaschinen. Ausgabe: 5. Wiesbaden, Teubner, 2006 (TUB HH: Signatur MSI-121)
• Bohl, W.: Aufbau und Wirkungsweise. Ausgabe 6. Würzburg, Vogel, 1994 (TUB HH: Signatur MSI-109)
• Bohl, W.: Berechnung und Konstruktion. Ausgabe 6. Aufl. Würzburg, Vogel, 1999 (TUB HH: Signatur MSI-110)

• Physikalische Grundlagen - Kernphysik:
• 1. Radioaktiver Zerfall, Halbwertszeit
  2. Energiebereitstellung aus Kernreaktionen
  3. Kernspaltung
  4. Neutronenbilanz
  5. Reaktorgleichung
• Reaktortypen
• Radioaktivität und Strahlenschutz
• Kernbrennstoffkreislauf und Endlagerung
• Reaktordynamik, Regelverhalten von Reaktoren
• Reaktorthermodynamik wassergekühlter Reaktoren
• Kerntechnisches Regelwerk, Sicherheitstechnische-Anforderungen
• Sicherheitstechnische Auslegung, Sicherheitssysteme wassergekühlter Reaktoren
• Komponentenintegrität
• Betrieb und Wartung
• Neue und zukünftige Reaktoren

Die Vertiefung des Vorlesungsstoffes erfolgt anhand von Beispielaufgaben sowie einer Exkursion.

• Fassbender, Einführung in die Reaktorphysik, Verlag Karl Thiemig, München
• Ziegler, Lehrbuch der Reaktortechnik, Springer Verlag Berlin
• Lamarsh, Introduction to Nuclear Engineering, Prentice Hall

• Physikalische Grundlagen - Kernphysik:
• 1. Radioaktiver Zerfall, Halbwertszeit
  2. Energiebereitstellung aus Kernreaktionen
  3. Kernspaltung
  4. Neutronenbilanz
  5. Reaktorgleichung
• Reaktortypen
• Radioaktivität und Strahlenschutz
• Kernbrennstoffkreislauf und Endlagerung
• Reaktordynamik, Regelverhalten von Reaktoren
• Reaktorthermodynamik wassergekühlter Reaktoren
• Kerntechnisches Regelwerk, Sicherheitstechnische-Anforderungen
• Sicherheitstechnische Auslegung, Sicherheitssysteme wassergekühlter Reaktoren
• Komponentenintegrität
• Betrieb und Wartung
• Neue und zukünftige Reaktoren

Die Vertiefung des Vorlesungsstoffes erfolgt anhand von Beispielaufgaben sowie einer Exkursion.

• Fassbender, Einführung in die Reaktorphysik, Verlag Karl Thiemig, München
• Ziegler, Lehrbuch der Reaktortechnik, Springer Verlag Berlin
• Lamarsh, Introduction to Nuclear Engineering, Prentice Hall

1. Einleitung

2. Grundlagen der Wärmetechnik 2.1 Wärmeleitung 2.2 Konvektiver Wärmeübergang 2.3. Wärmestrahlung 2.4. Wärmedurchgang 2.5. Verbrennungstechnische Kennzahlen 2.6 Elektrische Erwärmung 2.7 Wassdampfdiffusion

3. Heizungssysteme 3.1. Warmwasserheizungen 3.2 Anlagen zur Warmwasserbereitung 3.3 Rohrnetzberechnung 3.4 Wärmeerzeuger 3.5 Warmluftheizungen 3.6 Strahlungsheizungen

4. Wärme- und Wärmebehandlungssysteme 4.1 Industrieöfen 4.2 Schmelzanlagen 4.3 Trocknungsanlagen 4.4 Schadstoffemissionen 4.5 Schornsteinberechnungsverfahren 4.6 Energiemesssysteme

5. Verordnung und Normen 5.1 Gebäude 5.2 Industrielle und gewerbliche Anlagen

• Schmitz, G.: Klimaanlagen, Skript zur Vorlesung
  
• VDI Wärmeatlas, 11. Auflage, Springer Verlag, Düsseldorf 2013
  
• Herwig, H.; Moschallski, A.: Wärmeübertragung, Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden 2009
  
• Recknagel, H.;  Sprenger, E.; Schrammek, E.-R.: Taschenbuch für Heizung- und Klimatechnik 2013/2014, 76. Auflage, Deutscher Industrieverlag, 2013
  

• Einführung: Energiebedarf und Anwendung der Sonnenenergie.
• Wärmeübertragung in der Solarthermie: Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung.
• Kollektoren: Arten, Aufbau, Wirkungsgrad, Dimensionierung, konzentrierende Systeme.
• Energiespeicher: Anforderungen, Arten.
• Passive Sonnenenergienutzung: Komponenten und Systeme.
• Solarthermische Niedertemperatursysteme: Kollektorvarianten, Aufbau, Berechnung.
• Solarthermische Hochtemperatursysteme: Klassifizierung von Solarkraftwerke, Aufbau.
• Solare Klimatisierung.

• Vorlesungsskript.
• Kaltschmitt, Streicher und Wiese (Hrsg.). Erneuerbare Energien: Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte, 5. Auflage, Springer, 2013.
• Stieglitz und Heinzel .Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen. Springer, 2012.
• Von Böckh und Wetzel. Wärmeübertragung: Grundlagen und Praxis, Springer, 2011.
• Baehr und Stephan. Wärme- und Stoffübertragung. Springer, 2009.
• de Vos. Thermodynamics of solar energy conversion. Wiley-VCH, 2008.
• Mohr, Svoboda und Unger. Praxis solarthermischer Kraftwerke. Springer, 1999.

1. Einführung
2. Primärenergien und Verbrauch, verfügbare Sonnenenergie
3. Physik der idealen Solarzelle
4. Lichtabsorption, PN-Übergang, charakteristische Größen der Solarzelle, Wirkungsgrad
5. Physik der realen Solarzelle
6. Ladungsträgerrekombination, Kennlinien, Sperrschichtrekombination, Ersatzschaltbild
7. Erhöhung der Effizienz
8. Methoden zur Erhöhung der Quantenausbeute und Verringerung der Rekombination
9. Hetero- und Tandemstrukturen
10. Hetero-Übergang, Schottky-, elektrochemische, MIS- und SIS-Zelle, Tandem-Zelle
11. Konzentratorzellen
12. Konzentrator-Optiken und Nachführsysteme, Konzentratorzellen
13. Technologie und Eigenschaften: Solarzellentypen, Herstellung, einkristallines Silizium und Galliumarsenid, polykristalline Silizium- und Silizium-Dünnschichtzellen, Dünnschichtzellen auf Trägern (amorphes Silizium, CIS, elektrochemische Zellen)
14. Module
15. Schaltungen

• A. Götzberger, B. Voß, J. Knobloch: Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner Studienskripten, Stuttgart, 1995
• A. Götzberger: Sonnenenergie: Photovoltaik : Physik und Technologie der Solarzelle, Teubner Stuttgart, 1994
• H.-J. Lewerenz, H. Jungblut: Photovoltaik, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1995
• A. Götzberger: Photovoltaic solar energy generation, Springer, Berlin, 2005
• C. Hu, R. M. White: Solar CelIs, Mc Graw HilI, New York, 1983
• H.-G. Wagemann: Grundlagen der photovoltaischen Energiewandlung: Solarstrahlung, Halbleitereigenschaften und Solarzellenkonzepte, Teubner, Stuttgart, 1994
• R. J. van Overstraeten, R.P. Mertens: Physics, technology and use of photovoltaics, Adam Hilger Ltd, Bristol and Boston, 1986
• B. O. Seraphin: Solar energy conversion Topics of applied physics V 01 31, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1995
• P. Würfel: Physics of Solar cells, Principles and new concepts, Wiley-VCH, Weinheim 2005
• U. Rindelhardt: Photovoltaische Stromversorgung, Teubner-Reihe Umwelt, Stuttgart 2001
• V. Quaschning: Regenerative Energiesysteme, Hanser, München, 2003
• G. Schmitz: Regenerative Energien, Ringvorlesung TU Hamburg-Harburg 1994/95, Institut für Energietechnik

• Einführung: Strahlungsquelle Sonne, Astronomische Grundlagen, Grundlagen der Strahlung
• Aufbau der Atmosphäre
• Eigenschaften und Gesetze von Strahlung
  • Polarisation
  • Strahlungsgrößen
  • Plancksches Strahlungsgesetz
  • Wiensches Verschiebungsgesetz
  • Stefan-Boltzmann Gesetz
  • Das Kirchhoffsche Gesetz
  • Helligkeitstemperatur
  • Absorption, Reflexion, Transmission
• Strahlungsbilanz, Globalstrahlung, Energiebilanz
• Atmosphärische Extinktion
• Mie- und Rayleigh-Streuung
• Strahlungstransfer
• Optische Effekte in der Atmosphäre
• Berechnung Sonnenstand und Berechnung Strahlung auf geneigte Flächen

• Helmut Kraus: Die Atmosphäre der Erde
• Hans Häckel: Meteorologie
• Grant W. Petty: A First Course in Atmosheric Radiation
• Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese: Renewable Energy
• Alexander Löw, Volker Matthias: Skript Optik Strahlung Fernerkundung

1. Überblick über Klimaanlagen 1.1 Einteilung von Klimaanlagen1.2 Lüftung1.3 Aufbau und Funktion von Klimaanlagen2. Thermodynamische Prozesse in Klimaanlagen2.1 Das h,x-Diagramm für feuchte Luft2.2 Mischkammer, Vorwärmer, Nachwärmer2.3 Luftkühler2.4 Luftbefeuchter2.5 Darstellung des konventionellen Klimaanlagenprozesses im h,x-Diagramm2.6 Sorptionsgestützte Klimatisierung3. Berechnung der Heiz- und Kühlleistung3.1 Heizlast und Heizleistung3.2 Kühllasten und Kühlleistung3.3 Berechnung der inneren Kühllast3.4 Berechnung der äußeren Kühllast4. Lufttechnische Anlagen4.1 Frischluftbedarf4.2 Raumluftströmung4.3 Kanalnetzberechnung4.4 Ventilatoren4.5 Filter5. Kälteanlagen5.1. Kaltdampfkompressionskälteanlagen5.2Absorptionskälteanlagen

• Schmitz, G.: Klimaanlagen, Skript zur Vorlesung
  
• VDI Wärmeatlas, 11. Auflage, Springer Verlag, Düsseldorf 2013
  
• Herwig, H.; Moschallski, A.: Wärmeübertragung, Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden 2009
  
• Recknagel, H.;  Sprenger, E.; Schrammek, E.-R.: Taschenbuch für Heizung- und Klimatechnik 2013/2014, 76. Auflage, Deutscher Industrieverlag, 2013
  

In dem Themenbereich von "Kraft-Wärme-Kopplung" werden die folgenden Themen behandelt:

• Aufbau, Auslegung und Wirkungsweise von Kraftwerken mit Wärmeauskopplung
• Dampfturbinenheizkraftwerke mit Gegendruckturbinen, Entnahmegegendruckturbinen und Entnahmekondensationsturbinen
• Gasturbinenheizkraftwerke
• Kombinierte Gas- und Dampfturbinenheizkraftwerke
• Motorenheizkraftwerke
• Geothermische Strom- und Wärmeerzeugung
• Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
• Aufbau der Hauptkomponenten
• Gesetzliche Vorschriften und Grenzwerte
• Ökonomische Bedeutung der KWK und Wirtschaftlichkeitsberechnungen

während der Themenbereich "Verbrennungstechnik" beinhaltet:

• Thermodynamische und chemische Grundlagen
• Brennstoffe
• Reaktionen, Gleichgewichte
• Reaktionskinetik
• Vormischflammen
• Nicht-vorgemischte Flammen
• Feuerungen für gasförmige Brennstoffe
• Feuerungen für flüssige Brennstoffe
• Feuerungen für feste Brennstoffe
• Feuerraumauslegung
• NO_x-Minderung
  
  

Bezüglich des Themenbereichs "Kraft-Wärme-Kopplung":

• W. Piller, M. Rudolph: Kraft-Wärme-Kopplung, VWEW Verlag
• Kehlhofer, Kunze, Lehmann, Schüller: Handbuch Energie, Band 7, Technischer Verlag Resch
• W. Suttor: Praxis Kraft-Wärme-Kopplung, C.F. Müller Verlag
• K. W. Schmitz, G. Koch: Kraft-Wärme-Kopplung, VDI Verlag
• K.-H. Suttor, W. Suttor: Die KWK Fibel, Resch Verlag

und für die Grundlagen der "Verbrennungstechnik":

• Warnatz Jürgen, Maas Ulrich, Dibble Robert W.; Technische Verbrennung :
  physikalisch-chemische Grundlagen, Modellbildung, Schadstoffentstehung.
  Berlin [u. a.] : Springer, 2001

1. Einführung in die Umwandlung von Energie aus dem Meer
2. Welleneigenschaften
   • Lineare Wellentheorie
   • Nichtlineare Wellentheorie
   • Irreguläre Wellen
   • Wellenenergie
   • Refraktion, Reflexion und Diffraktion von Wellen
3. Wellenkraftwerke
   • Übersicht der verschiedenen Technologien
   • Auslegungs- und Berechnungsverfahren
4. Meeresströmungskraftwerke

• Cruz, J., Ocean wave energy, Springer Series in Green Energy and Technology, UK, 2008.
• Brooke, J., Wave energy conversion, Elsevier, 2003.
• McCormick, M.E., Ocean wave energy conversion, Courier Dover Publications, USA, 2013.
• Falnes, J., Ocean waves and oscillating systems, Cambridge University Press,UK, 2002.
• Charlier, R. H., Charles, W. F., Ocean energy. Tide and tidal Power. Berlin, Heidelberg, 2009.
• Clauss, G. F., Lehmann, E., Östergaard, C., Offshore Structures. Volume 1, Conceptual Design. Springer-Verlag, Berlin 1992

• Differenzialgleichungen zum Impuls-, Wärme- und Stoffaustausch   
• Beispiele für Vereinfachungen der Navier-Stokes Gleichungen  
• Instationärer Impulsaustausch
• Freie Scherschichten, Turbulenz und Freistrahl 
• Partikelumströmungen – Feststoffverfahrenstechnik
• Kopplung Impuls- und Wärmetransport - Thermische VT
• Kopplung Impuls- und Wärmetransport - Thermische VT
• Rheologie – Bioverfahrenstechnik
• Kopplung Impuls- und Stofftransport – Reaktives Mischen, Chemische VT
• Strömung in porösen Medien – heterogene Katalyse
  
• Pumpen und Turbinen - Energie- und Umwelttechnik 
• Wind- und Wellenkraftanlagen - Regenerative Energien
• Einführung in die numerische Strömungssimulation
  

1. Brauer, H.: Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. Verlag Sauerländer, Aarau, Frankfurt (M), 1971.
2. Brauer, H.; Mewes, D.: Stoffaustausch einschließlich chemischer Reaktion. Frankfurt: Sauerländer 1972.
3. Crowe, C. T.: Engineering fluid mechanics. Wiley, New York, 2009.
4. Durst, F.: Strömungsmechanik: Einführung in die Theorie der Strömungen von Fluiden. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2006.
5. Fox, R.W.; et al.: Introduction to Fluid Mechanics. J. Wiley & Sons, 1994.
6. Herwig, H.: Strömungsmechanik: Eine Einführung in die Physik und die mathematische Modellierung von Strömungen. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2006.
7. Herwig, H.: Strömungsmechanik: Einführung in die Physik von technischen Strömungen: Vieweg+Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2008.
8. Kuhlmann, H.C.:  Strömungsmechanik. München, Pearson Studium, 2007
9. Oertl, H.: Strömungsmechanik: Grundlagen, Grundgleichungen, Lösungsmethoden, Softwarebeispiele. Vieweg+ Teubner / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2009.
10. Schade, H.; Kunz, E.: Strömungslehre. Verlag de Gruyter, Berlin, New York, 2007.
11. Truckenbrodt, E.: Fluidmechanik 1: Grundlagen und elementare Strömungsvorgänge dichtebeständiger Fluide. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2008.
12. Schlichting, H. : Grenzschicht-Theorie. Springer-Verlag, Berlin, 2006.
13. van Dyke, M.: An Album of Fluid Motion. The Parabolic Press, Stanford California, 1882.  

Einsatz von CFD zur (Form-) Optimierung, Parallelerechnen auf Hochleistungscomputern, Effiziente CFD-Verfahren für Grafikkarten & Echtzeitsimulation, Alternative Approximationen (Lattice-Boltzmann Verfahren, Partikelsimulationen), Struktur-Strömungskopplung, Modellierung hybrider Kontinua

• Betriebsverhalten der Verbraucher
• Spezielle Anforderungen an die Auslegung von Versorgungsnetzen und an die elektrischen Betriebsmittel in Inselnetzen, z. B. an Bord von Schiffen, von Offshore-Geräten, Fabrikanlagen und Notstrom-Versorgungseinrichtungen
• Energieerzeugung und Verteilung in Inselnetzen, Wellengeneratoranlagen auf Schiffen
• Kurzschlussstrom-Berechnung, Schaltgeräte und Schaltanlagen
• Netzschutz, Selektivität und Betriebsüberwachung
• Elektrische Propulsionsantriebe für Schiffe

H. Meier-Peter, F. Bernhardt u. a.: Handbuch der Schiffsbetriebstechnik, Seehafen Verlag

(engl. Version: "Compendium Marine Engineering")

Gleß, Thamm: Schiffselektrotechnik, VEB Verlag Technik Berlin

Wird in der Veranstaltung bekannt gegeben

• Hydraulische Energiesysteme (Flüssigkeiten; Druckverluste in Ventilen und Rohrleitungen; Komponenten hydraulischer Systeme wie Pumpen, Ventile, etc.; Druck/Durchflusscharakteristika; Aktuatoren; Behälter; Leistungs- und Wärmebilanzen; Notenergie)
• Elektrisches Energiesystem (Generatoren; Konstantdrehzahlgetriebe; DC und AC Konverter; elektrische Energieverteilung; Bus-Systeme; Überwachung; Lastanalyse)
• Hochauftriebssysteme (Prinzipien; Ermittlung von Lasten und Systemantriebsleistungen; Prinzipien und Auslegung von Antriebs- und Stellsystemen; Sicherheitsforderungen und -einrichtungen)
• Klimaanlagen (Thermodynamische Analyse; Expansions- und Kompressions-Kältemaschinen; Kontrollmechanismen; Kabinendruck-Kontrollsysteme)
• Enteisungssysteme (Atmosphärische Vereisungsbedingungen; physikalische Prinzipien von Enteisungssystemen)

• Moir, Seabridge: Aircraft Systems
• Green: Aircraft Hydraulic Systems
• Torenbek: Synthesis of Subsonic Airplane Design
• SAE1991: ARP; Air Conditioning Systems for Subsonic Airplanes

Einführung in den Flugzeugentwurfsprozeß

1. Einführung/Ablauf der Flugzeugentwicklung/Verschiedene Flugzeugkonfigurationen
2. Anforderungen und Auslegungsziele, wesentliche Auslegungsparameter (u.a. Nutzlast-Reichweiten-Diagramm)
3. Statistische Methoden im Gesamtentwurf/Datenbankmethoden
4. Grundlagen der Flugleistungsauslegung (Gleichgewicht, Stabilität, V-n-Diagramm)
5. Grundlagen des aerodynamischen Entwurfs (Polare, Geometrie, 2D/3DAerodynamik)
6. Grundlagen der Strukturauslegung (Massenberechnung, Balken/Röhren-Modelle, Geometrien)
7. Grundlagen der Triebwerksdimensionsierung und -integration
8. Auslegung des Reiseflugs
9. Auslegung Start u. Landung (Streckenberechnung)
10. Kabinenauslegung (Rumpfdimensionierung, Ausstattung, Ladesysteme)
11. System-/Ausrüstungsaspekte
12. Variationen im Entwurf

J. Roskam: "Airplane Design"

D.P. Raymer: "Aircraft Design - A Conceptual Approach"

J.P. Fielding: "Intorduction to Aircraft Design"

Jenkinson, Simpkon, Rhods: "Civil Jet Aircraft Design"

Grundlagen zur Anwendung von MatLab erlernen.

Erlernen und Anwenden der Methoden zur Vorauslegung und Bewertung von Verkehrsflugzeugen:

Rumpf und Kabinen auslegen

Flugzeugmassen ermitteln

Flügel aerodynamisch auslegen und Geometrie festlegen

Start-, Lande-, Streckenflugleistungen ermitteln

Manöver- und Böenlasten ermitteln

J. Roskam: "Airplane Design"

D.P. Raymer: "Aircraft Design - A Conceptual Approach"

J.P. Fielding: "Intorduction to Aircraft Design"

Jenkinson, Simpkon, Rhods: "Civil Jet Aircraft Design"

• Linear Parameter-Varying (LPV) Gain Scheduling
  
  - Linearizing gain scheduling, hidden coupling
  - Jacobian linearization vs. quasi-LPV models
  - Stability and induced L2 norm of LPV systems
  - Synthesis of LPV controllers based on the two-sided projection lemma
  - Simplifications: controller synthesis for polytopic and LFT models
  - Experimental identification of LPV models
  - Controller synthesis based on input/output models
  - Applications: LPV torque vectoring for electric vehicles, LPV control of a robotic manipulator

• Control of Multi-Agent Systems
  
  - Communication graphs
  - Spectral properties of the graph Laplacian
  - First and second order consensus protocols
  - Formation control, stability and performance
  - LPV models for agents subject to nonholonomic constraints
  - Application: formation control for a team of quadrotor helicopters

• Control of Spatially Interconnected Systems
  
  - Multidimensional signals, l2 and L2 signal norm
  - Multidimensional systems in Roesser state space form
  - Extension of real-bounded lemma to spatially interconnected systems
  - LMI-based synthesis of distributed controllers
  - Spatial LPV control of spatially varying systems
  - Applications: control of temperature profiles, vibration damping for an actuated beam

• Werner, H., Lecture Notes "Advanced Topics in Control"
• Selection of relevant research papers made available as pdf documents via StudIP

- S. Ramo, J. Whinnery, T. Van Duzer, "Fields and Waves in Communication Electronics", Wiley (1994)

- D. M. Pozar, "Microwave Engineering", Wiley (2011)

- C. A. Balanis, "Antenna Theory: Analysis and Design", Wiley (2005)

Grundlagen der Elastizitätstheorie anisotroper Körper

Verschiebungen, Verzerrungen und Spannungen; Gleichgewicht; Kinematik; Verallgemeinertes Hookesches Gesetz

Verhalten einer Laminat-Einzelschicht

Materialgesetz der Einzelschicht; Anisotropie und Koppeleffekte; Materialsymmetrien; Ingenieurkonstanten; Ebener Spannungszustand; Transformationsregeln

Grundlagen der Mikromechanik der Einzelschicht

Repräsentative Einheitszelle; Ermittlung effektiver Materialkonstanten; Effektive Steifigkeiten der Laminateinzelschicht

Klassische Laminattheorie

Bezeichnungen und Laminat-Code; Kinematik und Verschiebungsfeld; Verzerrungen und Spannungen; Spannungsresultanten; Konstitutive Gleichungen und Koppeleffekte; Spezielle Laminate und deren Verhalten; Effektive Laminat-Eigenschaften

Festigkeit von Laminaten

Grundlegendes Konzept; Phänomenologische Versagenskriterien: Maximalkriterien, Tsai-Hill, Tsai-Wu, Puck, Hashin

Biegung von Laminaten

Differentialgleichungen; Randbedingungen; Naviersche Lösungen; Lévysche Lösungen

Spannungskonzentrations-Probleme

Randeffekte; Spannungskonzentrationen an Löchern, Rissen, Delaminationen; Aspekte der Versagensbewertung

Stabilität dünnwandiger Laminat-Strukturen

Beulen anisotroper Platten und Schalen; Einfluss des Lastfalles; Einfluss der Randbedingungen; Exakte transzendente Lösungen und deren Behandlung; Beulen ausgesteifter Laminate; Mindeststeifigkeiten; Lokales Beulen von Trägerprofilen

Hausübung (Ausarbeitung erforderlich)

Bewertung eines dünnwandigen Composite-Laminat-Trägers unter verschiedenen Auslegungskriterien

• Schürmann, H., „Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden“, Springer, Berlin, aktuelle Auflage.
• Wiedemann, J., „Leichtbau Band 1: Elemente“, Springer, Berlin, Heidelberg, , aktuelle Auflage.
• Reddy, J.N., „Mechanics of Composite Laminated Plates and Shells”, CRC Publishing, Boca Raton et al., current edition.
• Jones, R.M., „Mechanics of Composite Materials“, Scripta Book Co., Washington, current edition.
• Timoshenko, S.P., Gere, J.M., „Theory of elastic stability“, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, current edition.
• Turvey, G.J., Marshall, I.H., „Buckling and postbuckling of composite plates“, Chapman and Hall, London, current edition.
• Herakovich, C.T., „Mechanics of fibrous composites“, John Wiley and Sons, Inc., New York, current edition.
• Mittelstedt, C., Becker, W., „Strukturmechanik ebener Laminate”, aktuelle Auflage.

Grundlagen der Elastizitätstheorie anisotroper Körper

Verschiebungen, Verzerrungen und Spannungen; Gleichgewicht; Kinematik; Verallgemeinertes Hookesches Gesetz

Verhalten einer Laminat-Einzelschicht

Materialgesetz der Einzelschicht; Anisotropie und Koppeleffekte; Materialsymmetrien; Ingenieurkonstanten; Ebener Spannungszustand; Transformationsregeln

Grundlagen der Mikromechanik der Einzelschicht

Repräsentative Einheitszelle; Ermittlung effektiver Materialkonstanten; Effektive Steifigkeiten der Laminateinzelschicht

Klassische Laminattheorie

Bezeichnungen und Laminat-Code; Kinematik und Verschiebungsfeld; Verzerrungen und Spannungen; Spannungsresultanten; Konstitutive Gleichungen und Koppeleffekte; Spezielle Laminate und deren Verhalten; Effektive Laminat-Eigenschaften

Festigkeit von Laminaten

Grundlegendes Konzept; Phänomenologische Versagenskriterien: Maximalkriterien, Tsai-Hill, Tsai-Wu, Puck, Hashin

Biegung von Laminaten

Differentialgleichungen; Randbedingungen; Naviersche Lösungen; Lévysche Lösungen

Spannungskonzentrations-Probleme

Randeffekte; Spannungskonzentrationen an Löchern, Rissen, Delaminationen; Aspekte der Versagensbewertung

Stabilität dünnwandiger Laminat-Strukturen

Beulen anisotroper Platten und Schalen; Einfluss des Lastfalles; Einfluss der Randbedingungen; Exakte transzendente Lösungen und deren Behandlung; Beulen ausgesteifter Laminate; Mindeststeifigkeiten; Lokales Beulen von Trägerprofilen

Hausübung (Ausarbeitung erforderlich)

Bewertung eines dünnwandigen Composite-Laminat-Trägers unter verschiedenen Auslegungskriterien

• Schürmann, H., „Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden“, Springer, Berlin, aktuelle Auflage.
• Wiedemann, J., „Leichtbau Band 1: Elemente“, Springer, Berlin, Heidelberg, , aktuelle Auflage.
• Reddy, J.N., „Mechanics of Composite Laminated Plates and Shells”, CRC Publishing, Boca Raton et al., current edition.
• Jones, R.M., „Mechanics of Composite Materials“, Scripta Book Co., Washington, current edition.
• Timoshenko, S.P., Gere, J.M., „Theory of elastic stability“, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, current edition.
• Turvey, G.J., Marshall, I.H., „Buckling and postbuckling of composite plates“, Chapman and Hall, London, current edition.
• Herakovich, C.T., „Mechanics of fibrous composites“, John Wiley and Sons, Inc., New York, current edition.
• Mittelstedt, C., Becker, W., „Strukturmechanik ebener Laminate”, aktuelle Auflage.