Prof. Dr.-Ing. Thomas Borchert

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Lehrangebot Prof. Dr.-Ing. Borchert

 

Statik (1. Semester Bachelor Maschinenbau)

 

In der Statik (lat. stare, statum: feststehen) fragen wir nach den Bedingungen, unter denen starre Körper wie Balken und Stäbe, Rahmen und Tragwerke sich weder verschieben noch verdrehen können und stellen dazu die äußeren Gleichgewichtsbedingungen auf, welche uns die Lagerreaktionen liefern. Die funktionale Bestimmung der Schnittgrößen - also der innerhalb der Körper auftretenden Kräfte und Momente - führt uns weiter zur Festigkeitslehre.

 

Statik-Eingangsfolien 2016 (Login erforderlich)

Aufgaben zur Statik WS 14/15 (Login erforderlich)

Statik-Tutorial Teil A (Login erforderlich)

Statik-Tutorial Teil B (Login erforderlich)

Statik-Tutorial Teil C (Login erforderlich)

 

Modulprüfungen Statik (Login erforderlich)

WS_09/10     SoSe_10     WS_10/11     SoSe_11     WS_11/12    SoSe_12     WS_12/13    SoSe_13       WS_13/14      SoSe_14     WS_14/15-75Min    WS_14/15-120Min     SoSe_15-75Min    SoSe_15-120Min    WS_15/16-75Min     WS_15/16-120Min


Festigkeitslehre (2. Semester Bachelor Maschinenbau)

 

Im 2. Semester beziehen wir die inneren Kräfte und Momente auf die Tragwerksquer-schnitte und erhalten die Normal- und Schubspannungen, die wir unter Zugrundelegung der zulässigen Spannungen des Werkstoffes zur geometrischen Auslegung der Balken, z.B. in Form von Getriebewellen, heranziehen. Ordnen wir unseren Strukturen ein elastisches Werkstoffverhalten zu (Elastostatik), so lassen sich zudem die Durchbiegungsordinaten und Torsionswinkel unserer Träger und Wellen bestimmen.

 

Mit den Methoden der Elastostatik werden auch Gleichgewichtsnachweise an ebenen Systemen geführt, welche neben ihren äußeren Belastungen durch mehr als drei Lagerreaktionen beansprucht werden (statisch unbestimmte Systeme). Bei schlanken, gedrückten Stäben treten neben den Spannungsnachweisen die Stabilitätsnachweise hinzu, so dass wir am Ende des 2. Studiensemesters erste Tragwerksberechnungen zur Realisierung von Bauwerken und Maschinenkonstruktionen durchführen können.

 

Festigkeitslehre-Tutorium SS 2014(Login erforderlich)

 

Übungen zur Festigkeitslehre (Login erforderlich)

Tutorial Festigkeitslehre Teil A (Login erforderlich)

Tutorial Festigkeitslehre Teil B (Login erforderlich)

Tutorial Festigkeitslehre Teil C (Login erforderlich)

 

Modulprüfungen Festigkeitslehre (Login erforderlich)

SoSe_08      WS_08/09     WS_09/10      SoSe_10      WS_10/11      SoSe_11      WS_11/12      SoSe_12      WS_12/13     SoSe_13WS_13/14    SS14    WS_1415     SoSe_15-75Min    SoSe_15-120Min    WS_15/16-75Min    WS_15/16-120Min  

Biegelinientabelle (Login erforderlich)


Dynamik (3. Semester Bachelor Maschinenbau)

 

Nach der vektoriellen Beobachtung der zeitabhängigen Lageänderung eines Punktes auf einer Geraden, auf einer gekrümmten, ebenen Bahn und auf einer Raumkurve (Kinematik, gr. kinesis - Bewegung) lassen sich mit dem d’Alembert’schen Prinzip die kinetischen Gleichgewichtsbedingungen translatorisch und/oder rotatorisch bewegter massenbehafteter Starrkörper aufstellen.

 

Aus ihnen gewinnen wir die erforderlichen Antriebskräfte und -momente von Maschinen und Fahrzeugen unter Vorgabe von Winkel- und/oder Translationsbeschleunigungen  aus Geschwindigkeits-Zeit-Profilen.

 

In der Dynamik betrachten wir auch die Mechanischen Schwingungen, im 3. Semester  zunächst zeitvariante Oszillationen in sich starrer, elastisch gelagerter Körper. Werden diese z. B. durch einen Stoß ausgelenkt und sich selbst überlassen, führen sie Eigenschwingungen  im  Takt  ihrer Eigenfrequenzen aus. Berücksichtigen wir noch die bei realen Bauteilen durch molekulare Reibung, Lagerreibung und Relativbewegungen zum Umgebungsmedium hervorgerufene Systemdämpfung und erregen diese Strukturen dann harmonisch, so treten bei einer Übereinstimmung zwischen Erreger- und Eigenfrequenz (welche das Abstimmungsverhältnis des System bilden) große, konstruktionsgefährdende Amplituden auf, denen gegenüber vom Ingenieur ein  Resonanzsicherheitsnachweis zu führen ist. Dieser gelingt uns nach der Aufstellung und Lösung der Bewegungsdifferentialgleichungen mit der anschließenden Diskussion der Amplitudenvergrösserungsfunktion gegenüber dem  Abstimmungsverhältnis - also der Ermittlung der  sytsemkritischen Erregerfrequenzen, z. B. der kritischen Drehzahlen von Waschmaschinen im Schleuderbetriebsmodus:

 

 

Unwuchterregtes  Waschmaschinen-Ersatzsystem  zur Ermittlung von Bodenkräften und resonanznahen Drehzahlbereichen

 

Übungsaufgaben Dynamik (Login erforderlich)

 

Modulprüfungen Dynamik (Login erforderlich)

WS_09/10    SS_10    WS_10/11    SS_11    WS_11/12    SS_12    WS_12/13    SS_13    WS_13/14    SS_14    WS_14/15    SS_15    WS_15/16


Technische Akustik (5. Semester Bachelor Maschinenbau)

Die Technische Akustik ist ein relativ junges Teilgebiet der Technischen Mechanik und be-schäftigt sich mit den Auswirkungen von Schwingungen technischer Systemkomponenten im Umgebungsmedium. Dort werden z.B. durch einen harmonisch angeregten Maschi-nenkorpus  in luftatmosphärischer Umgebung Wechseldrücke generiert, deren logarithmi-sche Skalierung unter  Bezugnahme auf den Ruhedruck im Medium  Schalldruckpegel in  Dezibel (dB) als ein Maß für den maschinengenerierten Luftschall ergeben.

 

Nach Bildung der kinetischen Maschinenersatzmodelle lassen sich aus deren Oberflächen-Geschwindigkeitsamplituden über die Anfangs- und Randwerte der Struktur-Medium-Inter-aktion die real erwartbaren Schalldruckpegel einer noch zu konstruierenden Maschine er-mitteln und durch anschließende Systemparameterstudien, etwa den als Variable einge-führten Maschinenlagersteifigkeiten, akustische Systemoptimierungen durchführen.

 

In den meisten technischen Anwendungsfällen zielt diese Berechnung auf eine Schallemis-sionsreduktion ab, während z. B. bei Musikinstrumenten hohe Schallpegel durch Reso-nanzlagen provoziert werden. Im Lautsprecherbau stehen wiederum hohe mediale Ampli-tuden unter Vermeidung von Strukturresonanzen zur Optimierung des Klangbildes im Focus einer akustischen Optimierung.

Akustische Optimierungsberechnung eines Zwei-Wege-Lautsprechers der High-End-Klasse (aus der Studienarbeit von Christian Knüppel und Björn Ozdyk).


Höhere Technische Mechanik (1. Semester Master Maschinenbau)

Flugzeughüllen, Bootskörper oder Fahrzeugkarosserielemente  wie Türen  und Motorhauben sind elastische, massebehaftete Strukturen, deren - auch zeitvariantes - Spannungs- und Verformungsverhalten wir in der Kontinuumsmechanik, ein Forschungs- und Studiengebiet der Höheren Technischen Mechanik, behandeln.

 

Für geometrisch einfache Baukomponenten wie Rechteck- oder Kreisplatten lassen sich die Lösungen noch mit mathematisch-analytischen Methoden finden.  Reale Bauteile sind hingegen geometrisch oft komplexer gestaltet; hier führen diskrete mathematische Methoden, z. B. die Finite-Elemente-Methode, zu topologieoptimierten Strukturen unter Restriktionsvorgaben wie konstanter Vergleichsspannungszustände.

 

Die Diskretisierung technisch realer Systeme mit Finiten Elementen ermöglicht auch die Betrachtung von Bauteilkompositionen, z. B. eines U-Boot-Druckkörpers mit Abteilungs-Schotten, deren Antwortschwingungsamplituden auf eine körperschallmissionierte Propellerresonanzerregung  sich mit adaptierten Resonatoren minimieren lassen (Auszüge aus der Studienarbeit von Mareike Reichelt):

 

CATIA-exportiertes ANSYS-Import-Modell eines U-Boot-Druckkörpers

 

Vernetzung des Druckkörpers

 

Resonanzamplituden der Abteilungsschotten infolge der Körperschall-Anregung durch den Antriebspropeller

 

Strukturschwingungsreduktion durch schottenadaptierte Resonatoren


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Modul 01 Bachelor Maschinenbau

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen I : Statik

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Modul 05 Bachelor Maschinenbau

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II: Festigkeitslehre

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