Hoogleraar: prof.dr.ir. L.J. Ernst

Beschrijving van de specialisatie:

Het vakgebied technische mechanica omvat de mechanica van vaste stoffen, in het bijzonder gericht op technische toepassingen en ontwikkelingen. Hierbij is de aandacht enerzijds gericht op de ontwikkeling en implementatie van nieuwe theorieën en nieuwe methoden en anderzijds op de utilisatie hiervan in de ingenieurspraktijk. Het gaat hierbij om een breed scala van toepassingen, zoals de analyse en/of optimalisatie van drukvaten, apparaten, machineonderdelen, verpakkingsmaterialen, vormgevingsprocessen, manipulators, offshore-constructies, transportmiddelen, olie-exploratiemiddelen, folietransportsystemen, prothesen, enz., veelal gericht op de verbetering van het functioneel gedrag, de betrouwbaarheid en/of de levensduur. Vanwege het brede toepassingsgebied vinden jonge ingenieurs met een "mechanica achtergrond" dan ook posities in zeer uiteenlopende sectoren.

Bij de eerder geschetste toepassingen wordt veelal gebruik gemaakt van simulatiesoftware gebaseerd op de ontwikkelde theorieën en methoden. Een veel gebruikte methode is de "Eindige Elementen Methode". Hiermee maken alle Wb-studenten reeds kennis in de basis-studie. Naast de bekende standaard-pakketten beschikt de sectie ook over zelf ontwikkelde EEM-programmatuur waarmee b.v. de berekening en optimalisatie van ingewikkelde plaat- en schaal-constructies efficiënt(er) uitvoerbaar is (het pakket CHARLES) en speciale EEM programmatuur voor de simulatie van het niet-lineaire mechanische gedrag van (vervormbare en onvervormbare) mechanismen (het pakket SPACAR95). Voor ontwikkelings- en simulatiedoeleinden beschikt de sectie over zeer krachtige computersystemen. Deze staan uiteraard ook voor de studenten ter beschikking.

Niet alle activiteiten op ontwikkelings- en/of toepassingsgebied maken gebruik van computer simulatiemodellen. De sectie beschikt ook over een goed ingericht laboratorium waar experimenteel mechanica-onderzoek wordt uitgevoerd. Ter beschikking staan b.v. een aantal moderne beproevingsmachines met diverse meet-faciliteiten, speciale beeldverwerkingssystemen met CCD-camera's voor contactloos meten (en automatisch volgen van het meetgebied) en een modern systeem voor het meten van dynamische verschijnselen en het verwerken daarvan (zoals b.v. experimentele modale analyse). Studenten kunnen zich hier desgewenst bekwamen op een tweede aspect van de technische mechanica, de experimentele mechanica.

Binnen de specialisatie wordt onderzoek verricht op zowel het gebied van de dynamica als ook op het gebied van de stijfheid en sterkte. De betreffende onderzoeksthema's zijn in het navolgende kort omschreven:

Dynamisch gedrag van mechanisch systemen.

Binnen dit thema richten we ons op de ontwikkeling van methoden voor de berekening en optimalisatie van het dynamische gedrag van vooral niet-lineaire mechanische systemen en de toepassing van de verkregen methoden in de praktijk. Het mechanische gedrag van niet-lineaire dynamische systemen is veel meer gecompliceerd dan van lineaire systemen.

Eén van de doelstellingen is derhalve om met moderne numerieke methoden het dynamische gedrag te karakteriseren in afhankelijkheid van diverse modelparameters. Zo kan worden aangegeven wanneer periodieke oplossingen mogelijk zijn en wanneer chaotisch gedrag te verwachten is.

Een andere doelstelling is de ontwikkeling van modellen voor de simulatie van flexibele multibody systemen en het implementeren van geschikte besturingsmodules in deze modellen, waarop deze gebruikt kunnen worden voor optimalisatie binnen een breed scala van toepassings- gebieden. Een binnen de sectie ontwikkelde methodiek, gebaseerd op de eindige elementen methode, is vastgelegd in het computer programma systeem SPACAR95. Toepassingen zijn te vinden in het simuleren van b.v. het dynamische gedrag van manipulatoren (robots), spoorwegvoertuigen, kranen, offshore constructies en de biomechanica.

Computational mechanics in het ontwerpproces.

Het analytisch modelleren van stijfheid en sterkte problemen is slechts mogelijk voor een zeer beperkt aantal constructies/systemen of onderdelen daarvan. Daartegenover staat, dat na het beschikbaar komen van steeds krachtigere computerfaciliteiten een (snel) toenemend aantal mechanische problemen numeriek gemodelleerd en geanalyseerd kan worden. Analyses gebaseerd op numerieke technieken zijn echter gecompliceerd door mogelijk optredende niet-lineariteiten als gevolg van bijvoorbeeld het materiaalgedrag, geometrische effecten, en contact/ wrijvingsproblemen. Als gevolg hiervan vergt de analyse van vele uit de ingenieurspraktijk voortkomende problemen veelal nog enorme inspanningen (van zowel de analist als ook van de computerhardware). Voor diverse praktische problemen vormt dit nog een onoverkomelijke handicap. Om deze reden is verdere ontwikkeling van meer efficiënte numerieke modelleringstechnieken één van de doelstellingen binnen dit thema.

Indien numerieke simulatietechnieken worden gebruikt in een ontwerpproces, waarbij meerdere tussenontwerpen geëvalueerd moeten worden, dan is de efficiency van de numerieke simulatie nog belangrijker. Dit geldt in meerdere mate indien ook gebruik wordt gemaakt van automatische ontwerp-optimalisatietechnieken. Het verbeteren van dergelijke technieken kan dan ook niet los worden gezien van de nieuwe ontwikkelingen in de computational mechanics. Een tweede activiteit binnen dit thema richt zich dan ook op deze verbeteringen. Hierbij wordt (indien nodig) ook het vervaardigingsproces in de optimalisatie-cyclus meegenomen.

Een ander obstakel doet zich voor bij het numeriek simuleren van het gedrag van constructies van moderne materialen (zoals b.v. composieten) of van bio-materialen en bij het simuleren van vervormingsprocessen. Een missende schakel wordt dan vaak gevormd door de afwezigheid van een geschikte beschrijving van het materiaalgedrag of van b.v. het precieze contact-mechanisme tussen verschillende componenten. Een derde activiteit binnen dit thema richt zich dan ook op het verbeteren van de kennis dienaangaande. In dit kader is experimenteel onderzoek onontbeerlijk.

Afstudeerwerk binnen de beide thema's kan gericht zijn op verdere ontwikkeling van de methoden en gereedschappen, of kan geheel zijn gericht op een praktische toepassing (al dan niet in samenwerking met een bedrijf), of kan bestaan uit experimenteel onderzoek (Dit alles afhankelijk van de voorkeur van de betreffende student).

Studieprogramma.

Het studieprogramma van de specialisatie Technische Mechanica staat uitgebreid beschreven in de Richtlijnen voor de studie in de specialisatie Technische Mechanica. Deze kunt u verkrijgen bij het secretariaat (Mevr. M.C. Stolker, tel. 6513). Voor nadere informatie omtrent het hoofdvak kunt u terecht bij Prof. Ernst.

Overzicht studielast

Overzicht verplichte vakken

Meer informatie is te vinden op de pagina's van Technische Mechanica.