Das vielfältige Spektrum unserer Forschung und Lehre umfasst u.a.

• die physikalischen Modellierung
• die numerischen Simulation und Optimierung von komplexen mechatronischen Systemen (Finite-Elemente-Verfahren für Mehrfeldprobleme)
• Sound-Design und Lärmreduktion (Strömungs- und Vibroakustik)
• moderne Messverfahren für mechanische Schwingungs- sowie
• akustische Schallanalyse und Parameterbestimmung für die Materialmodellierung mechanischer, elektromagnetischer und akustischer Eigenschaften.

Modellierung und Simulation

Bei der Entwicklung von mechatronischen Systemen setzen Berechnungsingenieure zunehmend numerische Verfahren ein, welche die präzise Computersimulation dieser Komponenten und Systeme ermöglicht. Dies begründet sich einerseits in der Komplexität der Systeme, deren Wirkungsprinzipien auf der Kopplung verschiedener physikalischer Felder (mechanisches, elektromagnetisches, akustisches, etc.) beruhen, und andererseits in dem Problem, dass viele interessante physikalische Größen messtechnisch nicht direkt zugänglich sind, wie etwa mechanische Spannungen oder magnetische Felder im Inneren von Strukturen. Um diesen Umständen Rechnung zu tragen, setzten wir das open source Simulationsprogramm openCFS, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster ein, welches seit vielen Jahren vom Forschungsbereich mitentwickelt wurde. In openCFS werden die den physikalischen Feldern zugrunde liegenden partiellen Differentialgleichungen (pDGLs) sowie deren Kopplungen effizient mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) gelöst. Die entwickelten und implementierten Materialmodelle, nichtkonformen Gitter-Techniken, Finiten Elemente höherer Ordnung und äußerst effizienten Koppelstrategien sind wesentliche Bausteine, welche in kommerziellen Simulationsprogrammen nicht vorhanden sind. Zusätzlich ermöglicht openCFS sowohl die Form- als auch Topologieoptimierung komplexer Systeme basierend auf der SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) Methode.

Messtechnik

Die Forschungsgruppe profitiert vom Labor des Instituts, welches bestens mit modernen Messsystemen im Bereich der Schwingungs- und Schallfeldanalyse ausgerüstet ist:

• Akustische Kamera
• Laser-Speckle-Interferometer (ESPI)
• Digitale Bildkorrelation (DIC)
• Laser-Scanning-Vibrometer PSV-500
• 3D-Schallintensitätssonde, Magnetfeldmesssysteme, etc.

Zusätzlich stehen ein Elektroniklabor sowie eine moderne mechanische Werkstätte mit CNC-Maschine zur Verfügung, um erste Prototypen selbst fertigen und aufbauen zu können.

Ausgewählte Forschungsprojekte:

• ModSimMEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) Lautsprecher und Ultraschallaktuator

• Schallquellenlokalisation mit speziellen Beamforming-Algorithmen basierend auf experimentellen und simulationstechnischen Methoden

• Akustik von Getrieben

• Strömungsakustik und Modellordnungsreduktion von Fahrzeugen