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Modellierungsseminar Scientific Computing

Das Mod­el­lier­ungssemi­nar ist ein zen­traler Bestandteil des Elitestudiengangs Sci­en­tific Com­puting. Die Stud­ie­renden werden hi­erbei mit kom­plex­en, naturwis­sen­schaftli­chen Prob­lem­stel­lung­en der rea­len Welt kon­fron­tiert. Im Sem­inar selbst soll die gesamte Lö­sung­skette star­tend von der mathematischen Mod­el­lier­ung bis zur numerische Lö­sung an­gesprochen werden.

Modellierung und Simulation komplexer Probleme

Schon im Mai 2020 star­tete das 2. Mod­el­lier­ungssemi­nar mit erfreuli­chen Na­chrichten für die Stud­ie­renden. Trotz der Corona-Pandemie und der daraus re­sul­tierenden Prob­lematik in In­dustrie und Wirtschaft konnten zwei Part­ner aus die­sen Bereichen ge­won­nen werden. Nun hieß es für die Stud­ie­renden sich bis zur Mod­el­lier­ungswoche in die Themen ein­zuarbeiten und die ersten Im­ple­men­tier­ungen zu täti­gen. Bevor die Themen und Ergebnisse in den Ab­schlussvorträgen am 29. Ok­tober 2020 präsentiert wurden, sollten die Stu­den­tin­nen und Stu­den­ten in der zuvor stattfindenden Mod­el­lier­ungswoche nochmals vertieft an ihren Themen ar­beit­en und die fina­len Simulatio­nen fer­tig­stel­len. Themen in diesem Sem­inar waren verschiedene Berechnungsmethoden bei der Fed­er­simu­lation oder die Bewegung eines Schiffs im freien Was­ser.

Die Balkenmethode bei der Federsimulation

Die Stud­ie­renden sollten in dem Sem­inar des Elitestudiengangs „Scien­tific Com­puting“unter­suchen, wie die aus der Struktur­mechanik bekannten Bal­kenelemente zur Berechnung von Ver­for­mungen und Spannung­en in Fed­ern ver­wendet werden kön­nen. Dabei wurde ein Ver­gleich dieser Lö­sung zu einer klassischen Fi­ni­te-El­emente Methode bezüglich Genaui­gkeit und Re­chen­zeit angestrebt. Der Schwer­punkt in diesem Sem­inar lag auf der Berechnung von Spannung­en und wie diese im Ver­gleich zu einem Netz bestehend aus Hex­aedern sind.

Bewegung eines Schiffes im freien Wasser

Das Ziel die­ses The­mas war es, die Bewegung eines Schiffs zu simu­lieren, das bei an­sonsten rela­tiv ruhigen Bed­ingungen frontal von leichten Wel­len get­rof­fen wird. Die Dy­namik des umgebenden Was­sers, mod­elliert durch die Reynolds-gemit­telte Na­vier-Stokes-Gleichung, und seine Inter­ak­tion mit dem Boot wurde durch eine vom In­dustriepartner bereitgestellte Soft­ware behandelt. Die an­schließende Auf­gabe der Stud­ie­renden war es, die Bewegung des Schiffs unter der An­nahme eines star­ren Körpers zu mod­el­lieren. Das re­sul­tierende Sys­tem gewöhnli­cher Dif­feren­tialglei­chungen musste da­nach mit der Newmark-Methode unter Ver­wen­dung verschiedener Pa­rame­ter gelöst werden.

Text: Maximilian Bauer, Koordinator Elitestudiengang „Scientific Computing"