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Forschungsarbeit

Computersimulation - ein attraktiver Weg zur kostengünstigen Verbesserung von Flugzeugstrukturen

Forschungsarbeit von Michael Fischer

Michael Fischer vom Elitestudiengang „Bavarian Graduate School of Computational Engineering“ an der Technischen Universität München beschäftigte sich in seiner Diplomarbeit mit dem Thema „Geometrische und volumetrische Lockingeffekte bei kontinuumsbasierten finiten Elementen und ihre Vermeidung durch die EAS-Methode“.

Firmen wie EADS, die äußert kostenintensive Produkte wie Flugzeuge für zivile und militärische Zwecke entwickeln und produzieren, stehen unter einem enormen Kosten- und Effizienzdruck. Der internationale Wettbewerb zwingt sie, immer schneller und effizienter qualitativ einwandfreie, optimierte und auf spezifische Kundenbedürfnisse zugeschnittene Produkte auf den Markt zu bringen. Allein mit realen Experimenten, die meist sehr teuer, zeitintensiv und manchmal schlichtweg nicht praktikabel sind, würden sich viele Flugzeugtypen gar nicht mehr entwickeln lassen. Die Lösung liegt daher in Computersimulationen, die z.B. zur Vorhersage des Strukturverhaltens eingesetzt werden. Als geeignetes Näherungsverfahren zur Abbildung der Realität hat sich hierbei die Finite-Elemente-Methode bewährt, ein numerisches Verfahren zur Lösung von Differentialgleichungen.

Einige klassische Finite-Elemente-Formulierungen mit ihren vereinfachenden Annahmen bergen jedoch die Gefahr, am sogenannten „Locking“ zu leiden. Damit ist ein Phänomen gemeint, das gekennzeichnet ist durch eine Überschätzung der Struktursteifigkeit bei der Berechnung mit klassischen verschiebungsformulierten finiten Elementen. Lässt man es außer acht, kann dies zu deutlich falschen Ergebnissen und Prognosen führen. Lockingeffekte vermindern nicht nur die Qualität der statischen oder dynamischen Berechnung beispielsweise einer Flugzeugstruktur, sondern auch die Aussagekraft und Zuverlässigkeit von sämtlichen darauf aufbauenden numerischen Disziplinen, wie etwa die Gewichtsoptimierung des Flugobjekts. So ist es nur verständlich, dass EADS in hohem Maße an einer Methode zur Eliminierung dieser Lockingphänomene interessiert war und eine Diplomarbeit zu dem Thema vergab.

Die in der firmeneigenen Forschungssoftware enthaltenen kontinuumsbasierten finiten Elemente mussten dabei in ihrer mathematischen und mechanischen Formulierung derart verbessert werden, dass sie nicht mehr am ergebnisverfälschenden Locking litten und zuverlässig Ergebnisse hoher Qualität lieferten. Dies konnte im Rahmen der Diplomarbeit bei EADS in Ottobrunn erfolgreich umgesetzt werden: Bereits kurz nach Abschluss der Arbeit im Juli 2007 wurde die vorgestellte verbesserte Element-Formulierung im Bereich der "Military Air Systems" von EADS verwendet.


Michael Fischer
* 1981

Stationen
  • 28.06.2001
  • Bescheinigung der besonderen Begabung und Zusage zu einem entsprechenden Stipendium gemäß BayBFG durch den Ministerialbeauftragten Oberbayern Ost
  • 12.07.2001
  • Auszeichnung durch die Georg-Dax-Stiftung
  • Mai 2005
  • Endgültige Aufnahme als Stipendiat in die Studienstiftung des deutschen Volkes
  • 25.04.2006
  • Buchpreisverleihung durch die Bilfinger Berger AG für die Jahrgangsbesten Bauingenieure der TU München
  • Juli 2007
  • jahrgangsbester Abschluß des Diploms Bauingenieurwesen
  • seit Juli 2007
  • Wissenschaftlicher Angestellter am Lehrstuhl für Statik, Prof. Dr.-Ing. K.-U. Bletzinger, TU München
  • BGCE-Koordinator des Lehrstuhls für Statik