Suchergebnis: Katalogdaten im Herbstsemester 2019
Maschineningenieurwissenschaften Master  | ||||||
 Kernfächer | ||||||
| Mechanics, Materials, Structures Die unter der Kategorie “Kernfächer” gelisteten Fächer sind empfohlen. Andere Kurse sind nicht ausgeschlossen, benötigen jedoch die Zustimmung des Tutors/der Tutorin. | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 151-0107-20L | High Performance Computing for Science and Engineering (HPCSE) I | W | 4 KP | 4G | P. Koumoutsakos | |
| Kurzbeschreibung | This course gives an introduction into algorithms and numerical methods for parallel computing on shared and distributed memory architectures. The algorithms and methods are supported with problems that appear frequently in science and engineering. | |||||
| Lernziel | With manufacturing processes reaching its limits in terms of transistor density on today’s computing architectures, efficient utilization of computing resources must include parallel execution to maintain scaling. The use of computers in academia, industry and society is a fundamental tool for problem solving today while the “think parallel” mind-set of developers is still lagging behind. The aim of the course is to introduce the student to the fundamentals of parallel programming using shared and distributed memory programming models. The goal is on learning to apply these techniques with the help of examples frequently found in science and engineering and to deploy them on large scale high performance computing (HPC) architectures. | |||||
| Inhalt | 1. Hardware and Architecture: Moore’s Law, Instruction set architectures (MIPS, RISC, CISC), Instruction pipelines, Caches, Flynn’s taxonomy, Vector instructions (for Intel x86) 2. Shared memory parallelism: Threads, Memory models, Cache coherency, Mutual exclusion, Uniform and Non-Uniform memory access, Open Multi-Processing (OpenMP) 3. Distributed memory parallelism: Message Passing Interface (MPI), Point-to-Point and collective communication, Blocking and non-blocking methods, Parallel file I/O, Hybrid programming models 4. Performance and parallel efficiency analysis: Performance analysis of algorithms, Roofline model, Amdahl’s Law, Strong and weak scaling analysis 5. Applications: HPC Math libraries, Linear Algebra and matrix/vector operations, Singular value decomposition, Neural Networks and linear autoencoders, Solving partial differential equations (PDEs) using grid-based and particle methods | |||||
| Skript | https://www.cse-lab.ethz.ch/teaching/hpcse-i_hs19/ Class notes, handouts | |||||
| Literatur | • An Introduction to Parallel Programming, P. Pacheco, Morgan Kaufmann • Introduction to High Performance Computing for Scientists and Engineers, G. Hager and G. Wellein, CRC Press • Computer Organization and Design, D.H. Patterson and J.L. Hennessy, Morgan Kaufmann • Vortex Methods, G.H. Cottet and P. Koumoutsakos, Cambridge University Press • Lecture notes | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Students should be familiar with a compiled programming language (C, C++ or Fortran). Exercises and exams will be designed using C++. The course will not teach basics of programming. Some familiarity using the command line is assumed. Students should also have a basic understanding of diffusion and advection processes, as well as their underlying partial differential equations. | |||||
| 151-0317-00L | Visualization, Simulation and Interaction - Virtual Reality II | W | 4 KP | 3G | A. Kunz | |
| Kurzbeschreibung | This lecture provides deeper knowledge on the possible applications of virtual reality, its basic technolgy, and future research fields. The goal is to provide a strong knowledge on Virtual Reality for a possible future use in business processes. | |||||
| Lernziel | Virtual Reality can not only be used for the visualization of 3D objects, but also offers a wide application field for small and medium enterprises (SME). This could be for instance an enabling technolgy for net-based collaboration, the transmission of images and other data, the interaction of the human user with the digital environment, or the use of augmented reality systems. The goal of the lecture is to provide a deeper knowledge of today's VR environments that are used in business processes. The technical background, the algorithms, and the applied methods are explained more in detail. Finally, future tasks of VR will be discussed and an outlook on ongoing international research is given. | |||||
| Inhalt | Introduction into Virtual Reality; basisc of augmented reality; interaction with digital data, tangible user interfaces (TUI); basics of simulation; compression procedures of image-, audio-, and video signals; new materials for force feedback devices; intorduction into data security; cryptography; definition of free-form surfaces; digital factory; new research fields of virtual reality | |||||
| Skript | The handout is available in German and English. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Prerequisites: "Visualization, Simulation and Interaction - Virtual Reality I" is recommended, but not mandatory. Didactical concept: The course consists of lectures and exercises. | |||||
| 151-0349-00L | Betriebsfestigkeit | W | 4 KP | 3G | M. Guillaume, R. E. Koller | |
| Kurzbeschreibung | Materialermüdung spielt bei Leichtbau-Konstruktionen eine zentrale Rolle. Dies betrifft alle Applikationen, bei denen schwingende Belastungen auf Bauteile und Strukturen einwirken. In der Vorlesung werden die wichtigen Verfahren zur Analyse der Betriebsfestigkeit vorgestellt. Dies beginnt beim konventionellen Dauerfestigkeitsnachweis und endet bei der Anwendung der Schadenstoleranz-Philosophie. | |||||
| Lernziel | Ziele der Vorlesung Die wichtigsten Begriffe und Phänomene der Betriebsfestigkeit und der Materialermüdung sollen eingeführt und an Beispielen aus der Praxis veranschaulicht werden. Die Methoden zur Berechnung der Dauerfestigkeit, Zeitfestigkeit, Rissinitiation und des Risswachstums werden diskutiert. Die Vorlesung soll aufzeigen wie die Probleme in der Praxis gelöst werden. Die Beispiele der ICE Katastrophe bei Eschede oder die Probleme des Combino Trams zeigen, dass das Thema hoch aktuell ist. Leichtbaustrukturen müssen im Flug- und Fahrzeugbereich auf Ermüdung dimensioniert werden. Die statische Auslegung genügt heute nicht mehr und führt sehr oft zu Überraschungen im Betrieb mit hohen Kostenfolgen. Primärbauteile moderner Flugzeuge wie der Airbus A380 oder A400M sind heute auf Risswachstum mittels Schadenstoleranz Philosophie ausgelegt. Die Betriebsfestigkeit und Materialermüdung erfordert ein breites Wissen über Werkstoffe, Betriebslasten, Fertigung sowie Analyse und Test Verfahren. Es ist ein hoch interdisziplinäres Arbeitsgebiet. Hierzu sollen die wichtigsten Werkzeuge und Verfahren vermittelt werden. | |||||
| Inhalt | 1. EINFÜHRUNG, ÜBERSICHT, MOTIVATION 1.1 Einleitung (Allgemeines und Historisches) (Schijve; Chapter 1) 1.2 Normen und Richtlinien 1.3 Schadenfallbeispiele • Comet-Absturz (Druckzyklen, Spannungskonzentration) • Aloha-Vorfall auf Hawaii (Multiple site damage) • Unfall einer Einseil-Umlaufbahn (Reibkorrosion an Umlenkscheibenwelle) • ICE-Unfall (Radreifenbruch) 1.4 Vorführungen: • DVD "MTW Materialermüdung (1995, 21')", • DVD "F/A-18 Full Scale Fatigue Test (2004, 12')", • DVD "Sicherheit von Seilbahnen (1996, 7')" mit anschl. Diskussion 2. BEANSPRUCHUNG 2.1 Betriebsfestigkeitsübersicht 2.2 Bedeutung von Betriebsbeanspruchungen 2.3 Zeitliche Verläufe (Schijve; Chapter 9) 2.4 Begriffsdefinitionen (Schijve; Chapter 9) 2.5 Erfassung von Betriebsbeanspruchungen (Schijve; Chapter 9) 2.6 Zählverfahren (Schijve; Chapter 9) 2.7 Häufigkeitsverteilungen oder Kollektive (Schijve; Chapter 9) 2.8 Einfluss der Kollektivform 2.9 Design Spektren (Schijve; Chapter 13) 3. WERKSTOFF 3.1 Betriebsfestigkeitsübersicht 3.2 Kennwertermittlung im Schwingversuch (Schijve; Chapter 13) 3.3 Schwingfestigkeitskennwerte (Schijve; Chapter 6) 3.4 Wöhler-Diagramm (Schijve; Chapter 6, 7) 3.5 Streuung von Schwingfestigkeitskennwerten (Schijve; Chapter 12) 3.6 Mittelspannungseinfluss (Schijve; Chapter 6) 3.7 Versagensmechanismen & Materialwahl (Schijve; Chapter 2) 3.8 Umgebungsbedingungen (Schijve; Chapter 16, 17) 3.9 Spezifische Kennwerte (Schijve; Chapter 6) 4. BAUTEIL 4.1 Betriebsfestigkeitsübersicht 4.2 Kerben (Schijve; Chapter 3, 7) 4.3 Eigenspannungen (Schijve; Chapter 4) 4.4 Grösseneinfluss 4.5 Oberflächenbeschaffenheit und Randschichten (Schijve; Chapter 7, 14) 4.6 Reibkorrosion (Fretting) (Schijve; Chapter 15) 4.7 Zusammenfassung der Verfahren zur Schwingfestigkeitssteigerung (Schijve; Chapter 14) 5. SICHERHEITSBEIWERT (Schijve; Chapter 19) 6. BETRIEBSFESTIGKEITSNACHWEIS 6.1 Betriebsfestigkeitsübersicht 6.2 Konzepte zur Lebensdauervorhersage 6.3 Dauerfestigkeitsnachweis 6.4 Zeitfestigkeitsnachweis nach dem Nennspannungskonzept (Schijve; Chapter 10) 6.5 Örtliches Konzept (Schijve; Chapter 10) 6.6 Bruchmechanikkonzept (Schijve; Chapter 5, 8, 11) 6.7 Treffsicherheit der Konzepte zur Abschätzung der Lebensdauer 7. KONZEPTE DER STRUKTURINTEGRITÄT 7.1 Safe Life Design (Mirage III, Pressure Vessel) 7.2 Fail Safe Design (moderner Flugzeugbau) 7.3 Damage Tolerance (Ansatz gemäss US Air Force Philosophie) 7.4 Design Philosophie beim F/A-18 7.5 Zusammenfassung | |||||
| Skript | Sämtliche Kapitel der in der Vorlesung verwendeten PowerPoint Präsentationen werden am ersten Vorlesungstag als Skript in Papierform zu einem Preis von CHF 20.- abgegeben. | |||||
| Literatur | Empfohlene Bücher zur Begleitung der Vorlesung: Schijve, Jaap Fatigue of Structures and Materials Springer Verlag, Berlin, ISBN 978-1-4020-6807-2 (Hardcover) Broek, David The Practical Use of Fracture Mechanics Springer Netherlands, ISBN 978-90-247-3707-9 (Hardcover) | |||||
| 151-0353-00L | Mechanics of Composite Materials | W | 4 KP | 2V + 1U | P. Ermanni | |
| Kurzbeschreibung | Focus is on laminated fibre reinfoced polymer composites. The courses treats aspects related to micromechanics, elastic behavior of unidirectional and multidirectional laminates, failure and damage analysis, design and analysis of composite structures. | |||||
| Lernziel | To introduce the underlying concept of composite materials and give a thorough understanding of the mechanical response of materials and structures made from fibre reinforced polymer composites, including elastic behaviour, fracture and damage analysis as well as structural design aspects. The ultimate goal is to provide the necessary skills to address the design and analysis of modern lightweight composite structures. | |||||
| Inhalt | The course is addressing following topics: - Introduction - Elastic anisotropy - Micromechanics aspects - Classical Laminate Theory (CLT) - Failure hypotheses and damage analysis - Analysis and design of composite structures - Draping effects - Special topics | |||||
| Skript | Script, handouts, exercises and additional material are available in PDF-format on the CMASLab webpage resp on moodle. https://moodle-app2.let.ethz.ch/course/view.php?id=2610 | |||||
| Literatur | The lecture material is covered by the script and further literature is referenced in there. | |||||
| 151-0368-00L | Aeroelastik | W | 4 KP | 2V + 1U | M. Righi | |
| Kurzbeschreibung | Einführung in die Grundlagen und Methoden der Aeroelastik. Überblick über die wichtigsten statischen und dynamischen Phänomene, die aus der Kopplung zwischen Strukturkräften und aerodynamischen Lasten entstehen. | |||||
| Lernziel | Die Vorlesung soll ein physikalisches Grundverständnis für gekoppelte Strömung-Struktur-Phänomene vermitteln. Ausserdem soll den Teilnehmern ein Überblick über die wichtigsten Phänomene der statischen und der dynamischen Aeroelastik gegeben werden, sowie eine Einführung in die entsprechenden Methoden zur mathematischen Beschreibung und zur Formulierung quantitativen Voraussagen. | |||||
| Inhalt | Elemente der stationären und instationären Aerodynamik. Auswertung der aerodynamischen Lasten durch analytische (Reduced-Order Models, Indicial Functions), experimentelle (Wind Tunnel) und numerische Ansätze (CFD) Statische Aeroelastik: Berechnung der statischen aeroelastischen Antwort einfacher Systeme, Ruderwirksamkeit und -umkehr. Auswirkung der Flügelpfeilung auf statische aeroelastische Phänomene, aeroelastische Divergenz am starren Streifenmodell, aeroelastische Divergenz eines kontinuierlichen Flügels. Dynamische Aeroelastik: Berechnung der dynamischen aeroelastischen Antwort einfacher Systeme. Kinematik des Biegetorsionsflatterns. Dynamik des starren Flügelstreifenmodells. Dynamik des Biegetorsionsflatterns. Numerische Aeroelastik (Test Cases aus den letzten AIAA Aeroelastic Prediction Workshops). Aeroelastische Antwort von modernen Flugzeugen: Wirkung von Steuerflächen und Systemen (Aeroservoelastik), active-controlled Aircraft, Flutter-suppression Systems, Zertifizierung (EASA, FAA). Planung und Durchführung von Windkanal-Versuchen von aeroelastischen Modellen. Durchführung von einem Experiment im ETH-WK. Einblick in nicht-lineare Phenomäne wie Limit Cycle Oscillations. | |||||
| Skript | Skript (auf Englisch) vorhanden. | |||||
| Literatur | Script and slides by T. Weisshaar (Purdue) Abbott, Theory of Wing sections, Y. C. Fung, An Introduction to the Theory of Aeroelasticity, Dover Phoenix Editions. | |||||
| 151-0509-00L | Microscale Acoustofluidics  Number of participants limited to 50. | W | 4 KP | 3G | J. Dual | |
| Kurzbeschreibung | In this lecture the basics as well as practical aspects (from modelling to design and fabrication ) are described from a solid and fluid mechanics perspective with applications to microsystems and lab on a chip devices. | |||||
| Lernziel | Understanding acoustophoresis, the design of devices and potential applications | |||||
| Inhalt | Linear and nonlinear acoustics, foundations of fluid and solid mechanics and piezoelectricity, Gorkov potential, numerical modelling, acoustic streaming, applications from ultrasonic microrobotics to surface acoustic wave devices | |||||
| Skript | Yes, incl. Chapters from the Tutorial: Microscale Acoustofluidics, T. Laurell and A. Lenshof, Ed., Royal Society of Chemistry, 2015 | |||||
| Literatur | Microscale Acoustofluidics, T. Laurell and A. Lenshof, Ed., Royal Society of Chemistry, 2015 | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Solid and fluid continuum mechanics. Notice: The exercise part is a mixture of presentation, lab sessions ( both compulsary) and hand in homework. | |||||
| 151-0524-00L | Continuum Mechanics I | W | 4 KP | 2V + 1U | E. Mazza | |
| Kurzbeschreibung | Konstitutive Gleichungen für strukturmechanische Berechnungen werden behandelt. Dies beinhaltet anisotrope lineare Elastizität, lineare Viskoelastizität, Plastizität und Viscoplastizität. Es werden die Grundlagen der Mikro-Makro Modellierung und der Laminattheorie eingeführt. Die theoretischen Ausführungen werden durch Beispiele aus Ingenieuranwendungen und Experimente ergänzt. | |||||
| Lernziel | Behandlung von Grundlagen zur Lösung kontinuumsmechanischer Probleme der Anwendung, mit besonderem Fokus auf konstitutive Gesetze. | |||||
| Inhalt | Anisotrope Elastizität, Linearelastisches und linearviskoses Stoffverhalten, Viskoelastizität, mikro-makro Modellierung, Laminattheorie, Plastizität, Viscoplastizität, Beispiele aus der Ingenieuranwendung, Vergleich mit Experimenten. | |||||
| Skript | ja | |||||
| 151-0525-00L | Wave Propagation in Solids | W | 4 KP | 2V + 1U | J. Dual, D. Mohr | |
| Kurzbeschreibung | Plane Waves, harmonic waves, Fourier analysis and synthesis, dispersion, distorsion, damping, group and phase velocity, transmission and reflection, impact, waves in linear elastic continua, elastic plastic waves, experimental and numerical methods in wave propagation. | |||||
| Lernziel | Students learn, which technical problems must be approached using the methods used in wave propagation in solids. Furthermore, they learn to use these methods and develop an intuitive feeling for phenomena that can be expected in various situations. | |||||
| Inhalt | Wave Propagation in solids including applications. Content: Phenomenology of wave propagation ( plane waves, harmonic waves, harmonic analysis and synthesis, dispersion, attenuation, group and phase velocity), transmission and reflection, impact problems, waves in linear elastic media ( P- Waves, S-Waves, Rayleigh waves, guided waves), elastic plastic waves, experimental and numerical methods. | |||||
| Skript | Handouts | |||||
| Literatur | Various books will be recommended pertaining to the topics covered. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Solid continuum mechanics. Notice: The exercise part is a mixture of lab sessions ( compulsary) and hand in homework. | |||||
| 151-0532-00L | Nonlinear Dynamics and Chaos I | W | 4 KP | 2V + 2U | G. Haller | |
| Kurzbeschreibung | Basic facts about nonlinear systems; stability and near-equilibrium dynamics; bifurcations; dynamical systems on the plane; non-autonomous dynamical systems; chaotic dynamics. | |||||
| Lernziel | This course is intended for Masters and Ph.D. students in engineering sciences, physics and applied mathematics who are interested in the behavior of nonlinear dynamical systems. It offers an introduction to the qualitative study of nonlinear physical phenomena modeled by differential equations or discrete maps. We discuss applications in classical mechanics, electrical engineering, fluid mechanics, and biology. A more advanced Part II of this class is offered every other year. | |||||
| Inhalt | (1) Basic facts about nonlinear systems: Existence, uniqueness, and dependence on initial data. (2) Near equilibrium dynamics: Linear and Lyapunov stability (3) Bifurcations of equilibria: Center manifolds, normal forms, and elementary bifurcations (4) Nonlinear dynamical systems on the plane: Phase plane techniques, limit sets, and limit cycles. (5) Time-dependent dynamical systems: Floquet theory, Poincare maps, averaging methods, resonance | |||||
| Skript | The class lecture notes will be posted electronically after each lecture. Students should not rely on these but prepare their own notes during the lecture. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | - Prerequisites: Analysis, linear algebra and a basic course in differential equations. - Exam: two-hour written exam in English. - Homework: A homework assignment will be due roughly every other week. Hints to solutions will be posted after the homework due dates. | |||||
| 151-0535-00L | Optical Methods in Experimental Mechanics | W | 4 KP | 3G | E. Hack, R. Brönnimann | |
| Kurzbeschreibung | Die Vorlesung behandelt optische Methoden zur Messung des mechanischen Verhaltens einer Struktur, zur Bestimmung von Materialkennwerten, und zur Validierung von numerischen Simulationen. Im Fokus stehen Anwendungen, Stärken und Grenzen bildgebender Methoden der Verformungs-, Dehnungs- und Spannungsmessung. Die Vorlesung wird mit zwei Praktikumsnachmittagen an der Empa in Dübendorf ergänzt. | |||||
| Lernziel | Die Studierenden können einfache optische Aufbauten planen und die Bildaufnahme beschreiben. Sie verstehen das Messprinzip der verschiedenen Messmethoden zur Form-, Verformungs- und Dehnungsmessung. Insbesondere können sie erklären, wie die Messgrösse in ein Interferenzsignal, eine Polarisations- oder eine Temperaturänderung umgewandelt wird. Sie kennen die wichtigsten Anwendungen und Einsatzgebiete der einzelnen Techniken. Sie sind in der Lage, die für eine Messaufgabe am besten geeignete Technik auszuwählen und deren erwartete Auflösung abzuschätzen. An den Praktikumsnachmittagen werden die theoretischen Betrachtungen durch konkrete Messaufgaben vertieft, womit der Lernerfolg nachhaltig wird. | |||||
| Inhalt | Nach einer Einführung in Optik und Bilderfassung wird erläutert, auf welche Weise mechanische Grössen wie Verformung, Dehnung oder Spannung in eine Bildinformation umgesetzt werden. Die Messmethoden basieren auf diversen optischen Prinzipien : - Triangulation (Bildkorrelation, Streifenprojektion) - Interferenz (Speckle Pattern Interferometrie, Shearography) - Beugung (Moiré-Interferometrie, Faser-Bragg-Gitter) - Doppelbrechung (Spannungsoptik) - Wärmestrahlung (Thermal Stress Analysis) Daneben werden zeitaufgelöste Messungen im Zusammenhang mit Modalanalyse und transienten Vorgängen vertieft. Die Kalibrierung optischer Messgeräte und deren Anwendung auf die Validierung von numerischen Simulationen werden diskutiert. Die Themen umfassen: - Einführung in Optik und Bildgebung - Digitale Bildkorrelation - Strukturierte Weisslichtmethoden - Beugung und Interferometrie - Speckle pattern interferometry - Schwingungsanalyse und transiente Verformungen - Anwendungen auf Mikrosysteme und Grenzflächen - Spannungsanalyse: Spannungsoptik - Spannungsanalyse: Thermoelastizität - Kalibrierung und Validierung von numerischen Simulationen - Faseroptische Methoden Das Semester beinhaltet zwei Praktikums-Nachmittage an der Empa, wo die Studierenden eigene Erfahrungen mit bildgebenden Methoden sammeln. Diese beinhalten je nach Interessenlage der Studierenden und Verfügbarkeit der Geräte z.B Digitale Bildkorrelation, Speckle pattern interferometry, Thermoelastizität, Faseroptik, Streifenprojektion. | |||||
| Skript | Folienkopien der einzelnen Lektionen werden on-line in ILIAS zur Verfügung gestellt. Jede Lektion enthält Übungen. Es wird zu einem privaten Blog eingeladen, der die Diskussion über die Vorlesungsinhalte und die Übungen erleichtern soll. Musterlösungen zu den Übungen werden zeitversetzt zur Verfügung gestellt. | |||||
| Literatur | Eine gute Übersicht über die Grundlagen der optischen Methoden bieten die folgenden Lehrbücher: Toru Yoshizawa, Ed., Handbook of Optical Metrology, 2nd edition, 2015, CRC Press, Boca Raton ISBN 978-1-4665-7359-8 Pramod Rastogi, Erwin Hack, Eds., Optical Methods for Solid Mechanics: A Full-Field Approach 2012, Wiley-VCH, Berlin ISBN 978-3-527-41111-5 W. N. Sharpe Jr., Ed., Handbook of Experimental Solid Mechanics 2009, Springer, New York ISBN 978-0-387-26883-5 | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Grundbegriffe der Optik und Interferometrie, z.B. aus Physik-Grundkursen sind von Vorteil. | |||||
| 151-0550-00L | Adaptive Materials for Structural Applications | W | 4 KP | 3G | A. Bergamini | |
| Kurzbeschreibung | Adaptive materials offer appealing ways to extend the design space of structures by introducing time-variable properties into them. In this course, the physical working principles of selected adaptive materials are analyzed and simple models for describing their behavior are presented. Some applications are illustrated, also with laboratory experiments where possible. | |||||
| Lernziel | The study of adaptive materials covers topics that range from chemistry to theoretical mechanics. The aim of this course is to convey knowledge about adaptive materials, their properties and the physical mechanisms that govern their function, so as to develop the skills to deal with this interdisciplinary subject. | |||||
| Inhalt | This course will provide the students with an insight into the properties and physical phenomena which lead to the features of adaptive materials. Starting from chemomechanical (skeletal muscles), the physical behavior of a wide range of adaptive materials, thermo- and photo-mechanical, electro-mechanical, magneto-mechanical and meta-materials will be thoroughly discussed and analyzed. Up-to-date results on their performance and their implementation in mechanical structures will be detailed and studied in laboratory sessions. Analytical tools and energy based considerations will provide the students with effective instruments for understanding adaptive materials and assess their performance when integrated in structures or when arranged in particular fashions. Basic concepts: Power conjugated variables, dissipative effects, geometry- and materials-based energy conversion Chemo-mechanical coupling: Energy conversion in skeletal muscle and other chemomechanical systems,optional: and photo-mechanical coupling, azopolymers. Thermo-mechanical coupling: Shape memory alloys / polymers Electromechanical coupling(1): DEA, EBL, electrorheological fluids Shape control / morphing: Use, requirements, challenges Morphing applications of variable stiffness structures: Lab work Electromechanical coupling (2): Piezoelectric, electrostrictive effect Vibration Reduction: Measurement, passive, semi-active (active) damping methods Vibration reduction applications of piezoelectric materials: Lab work Metamaterials: Definition of metamaterials - electromagnetic, acoustical and other metamaterials Magneto-mechanical coupling: Magnetostrictive effect, mSMA, magnetorheological fluids, ferrofluids Energy harvesting and sensing: Energy harvesting with EAP and piezoelectric materials, transducers as sensors: Piezo, resistive,... | |||||
| Skript | Lecture notes (manuscript and handouts) will be provided | |||||
| 151-0573-00L | System Modeling | W | 4 KP | 2V + 2U | L. Guzzella | |
| Kurzbeschreibung | Einführung in die Systemmodellierung für die Steuerung. Generische Modellierungsansätze auf der Grundlage erster Prinzipien, Lagrangealer Formalismus, Energieansätze und experimentelle Daten. Modellparametrierung und Parametrierung. Grundlegende Analyse von linearen und nichtlinearen Systemen. | |||||
| Lernziel | Erfahren Sie, wie man mathematisch ein physisches System oder einen Prozess in Form eines Modells beschreibt, das für Analyse- und Kontrollzwecke verwendbar ist. | |||||
| Inhalt | Diese Klasse führt generische Systemmodellierungsansätze für steuerungsorientierte Modelle ein, die auf ersten Prinzipien und experimentellen Daten basieren. Die Klasse umfasst zahlreiche Beispiele für mechatronische, thermodynamische, chemische, flüssigkeitsdynamische, energie- und verfahrenstechnische Systeme. Modellskalierung, Linearisierung, Auftragsreduktion und Ausgleich. Parameterschätzung mit Methoden der kleinsten Quadrate. Verschiedene Fallstudien: Lautsprecher, Turbinen, Wasser Rakette, geostationäre Satelliten usw. Die Übungen behandeln praktische Beispiele. | |||||
| Skript | Das Skript in englischer Sprache wird in der ersten Lektion verkauft. | |||||
| Literatur | Eine Literaturliste ist im Skript enthalten. | |||||
| 151-0655-00L | Skills for Creativity and Innovation | W | 4 KP | 3G | I. Goller, C. Kobe | |
| Kurzbeschreibung | This lecture aims to enhance the knowledge and competency of students regarding their innovation capability. An overview on prerequisites of and different skills for creativity and innovation in individual & team settings is given. The focus of this lecture is clearly on building competencies - not just acquiring knowledge. | |||||
| Lernziel | - Basic knowledge about creativity and skills - Knowledge about individual prerequisites for creativity - Development of individual skills for creativity - Knowledge about teams - Development of team-oriented skills for creativity - Knowledge and know-how about transfer to idea generation teams | |||||
| Inhalt | Basic knowledge about creativity and skills: - Introduction into creativity & innovation: definitions and models Knowledge about individual prerequisites for creativity: - Personality, motivation, intelligence Development of individual skills for creativity: - Focus on creativity as problem analysis & solving - Individual skills in theoretical models - Individual competencies: exercises and reflection Knowledge about teams: - Definitions and models - Roles in innovation processes Development of team-oriented skills for creativity: - Idea generation and development in teams - Cooperation & communication in innovation teams Knowledge and know-how about transfer to idea generation teams: - Self-reflection & development planning - Methods of knowledge transfer | |||||
| Skript | Slides, script and other documents will be distributed via moodle.ethz.ch (access only for students registered to this course) | |||||
| Literatur | Goller, I. & Bessant, J. (2017). Creativity for Innovation Management. Routledge. (ISBN-13: 978-1138641327) As well as material handed out in the lecture | |||||
| 151-0703-00L | Betriebliche Simulation von Produktionsanlagen | W | 4 KP | 2V + 1U | P. Acél | |
| Kurzbeschreibung | Der Studierende lernt den Umgang mit ereignisorientierter Simulation zur Auslegung und betrieblichen Optimierung von Produktionsanlagen anhand von Praxisbeispielen. | |||||
| Lernziel | Der Studierende lernt die richtige Anwendung (Wo? Wann? Wie?) der ereignisorientierten und computerbasierten Simulation in der Abbildung von Betriebsabläufen und Produktionsanlagen. Anhand von Praxisbeispielen wird betriebliche Simulation in Produktion, Logistik und Planung aufgezeigt. Der Studierende soll erste eigene Erfahrungen in der Anwendung machen. | |||||
| Inhalt | - Anwendung und Einsatzgebiete der ereignisorientierten Simulation - Beispielhafte Anwendung eines Softwaretools (Technomatrix-Simulation-Software) - Innerer Aufbau und Funktionsweise von Simulationstools - Vorgehen zur Anwendung: Optimierung, Versuchsplanung, Auswertung, Datenaufbereitung - Steuerungsphilosophien, Notfallkonzepte, Abtaktung, Fertigungsinseln - Anwendung auf die Anlagenprojektierung Der Stoff wird durch praxisorientierte Übungen und eine Exkursion vertieft. Ein Gastreferat stellt ein Beispiel aus der Praxis vor. | |||||
| Skript | Wird vorlesungsbegleitend ausgegeben (+ PDF) | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Empfohlen für alle Bachelor-Studierenden im 5. Semester und Master-Studierenden im 7. Semester. | |||||
| 151-0705-00L | Fertigungstechnik I | W | 4 KP | 2V + 2U | K. Wegener, M. Boccadoro | |
| Kurzbeschreibung | Vertiefung in die Fertigungsverfahren Bohren, Fräsen, Schleifen, Honen, Läppen, Funkenerosion und elektrochemisches Abtragen. Stabilität von Prozessen, Prozessketten und Verfahrenswahl. | |||||
| Lernziel | Vertiefte Behandlung der spanenden Fertigungsverfahren und ihrer Optimierung. Kenntnisse der NC-Technik, Prozess- und Maschinendynamik, Rattern sowie Prozessüberwachung. | |||||
| Inhalt | Vertiefte Betrachtung der spanenden Fertigungsverfahren und ihrer Optimierung, Zerspanung mit unbestimmter Schneide wie Schleifen, Honen und Läppen, Bearbeitungsverfahren ohne Schneide wie EDM, ECM, Ausblick auf Zusatzgebiete wie NC-Techniken, Maschinen- und Prozessdynamik inklusive Rattern sowie Prozessüberwachung. | |||||
| Skript | ja | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Voraussetzungen: Empfehlung: Vorlesung 151-0700-00L Fertigungstechnik Wahlfach im 4. Semester Sprache: Auf Wunsch erhalten englischsprachige Studenten Hilfe auf Anfrage, englische Übersetzungen der Präsentationsfolien. | |||||
| 151-0717-00L | Mechanische Produktion: Montieren, Fügen, Beschichten | W | 4 KP | 2V + 1U | K. Wegener, V. H. Derflinger, F. Durand, P. Jousset | |
| Kurzbeschreibung | Verstehen der Komplexität der Montage sowie ihrer Bedeutung als Erfolgs- und Kostenfaktor. Die Montage als Kombination verschiedener Tätigkeiten wie Fügen, Handhaben, Justieren usw. Fügetechniken; lösbare und unlösbare Verbindungen. Montageanlagen. Beschichtungstechniken und ihre Aufgaben, insbesondere Korrosionsschutz. | |||||
| Lernziel | Verstehen der Komplexität der Montage sowie ihrer Bedeutung als Erfolgs- und Kostenfaktor. Einführung in die Einzeltechniken, insbesondere die Füge- und Beschichtungstechniken. | |||||
| Inhalt | Die Montage als Kombination verschiedener Tätigkeiten wie Fügen, Handhaben, Justieren usw. Fügetechniken; lösbare und unlösbare Verbindungen. Montageanlagen. Beschichtungstechniken und ihre Aufgaben, insbesondere Korrosionsschutz. | |||||
| Skript | ja | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Empfohlen zur Fokusvertiefung Produktionstechnik Mehrheitlich Dozenten aus der Industrie. | |||||
| 151-0719-00L | Qualität von Werkzeugmaschinen - Dynamik, Mikro- und Submikromesstechnik | W | 4 KP | 2V + 1U | A. Günther, D. Spescha | |
| Kurzbeschreibung | Die Maschinenmesstechnik umfasst den prinzipiellen Aufbau von Produktionsmaschinen, deren Lagerungen und Führungen, die möglichen geometrischen, kinematischen, thermischen und dynamischen Abweichungen von Werkzeugmaschinen und deren Prüfung, die Wirkung der Abweichungen auf das Werkstück, die Prüfung von Antrieben und Steuerungen, sowie die Überprüfung der Maschinenfähigkeit. | |||||
| Lernziel | Kenntnis von - Maschinenaufbau - Abweichungen von Lagerungen, Führungen und Maschinen - Wirkung der Abweichungen auf das Werkstück - Dynamik mechanischer Systeme - geometrische, kinematische, thermische, dynamische Prüfung von Werkzeugmaschinen - Testunsicherheit - Maschinenfähigkeit | |||||
| Inhalt | Fertigungsmesstechnik für Produktionsmaschinen - Grundlagen, wie Maschinenaufbau und Maschinenkoordinatensystem - Aufbau und Abweichungen von Lagerungen und Führungen - Abweichungsbudget, Wirkung von Abweichungen auf das Werkstück - geometrische und kinematische Abnahme von Produktionsmaschinen - Umschlagmessung, mehrdimensionale Maschinenmesstechnik - thermische Einflüsse auf Werkzeugmaschinen und deren Prüfung - Testunsicherheit, Simulation - Dynamik mechanischer Systeme, dynamische Erreger - Maschinendynamik und die Werkzeuge Modalanalyse und Finite Elemente Methode (FEM) - Prüfen von Steuerung und Antrieben - Maschinenfähigkeit | |||||
| Skript | Arbeitsunterlagen werden in der Vorlesung verteilt. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Praktische Übungen in den Labors und an den Werkzeugmaschinen des IWF vertiefen den Stoff der Vorlesung. | |||||
| 151-0721-00L | Production Machines II | W | 4 KP | 2V + 1U | K. Wegener, S. Weikert | |
| Kurzbeschreibung | Steuerungstechnik, Positionsregelung, Geometriedatenverarbeitung, Hauptantriebe, Lärm, Flexibilität, Rationalisierung und Automatisierung, Moderne Maschinenkonzepte, thermisches, dynamisches Verhalten | |||||
| Lernziel | Vertiefte Kompetenz zur Beurteilung und Entwicklung von Produktionsmaschinen, Sensibilisierung für unkonventionelle Kinematiken mit ihren Vor- und Nachteilen | |||||
| Inhalt | Steuerungstechnik (SPS und NC), Positionsregelung, Geometriedatenverarbeitung, Hauptantriebe, Lärmbekämpfung, Flexibilität, Rationalisierung und Automatisierung, moderne Maschinenkonzepte wie Hochgeschwindigkeitsmaschinen, alternative Kinematiken, Ultrapräzisionsmaschinen, thermisches und dynamisches Verhalten von Werkzeugmaschinen, Flexibilität, Rationalisierung und Automatisierung, praktische Fallstudien | |||||
| Skript | ja | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Hilfen für englischsprachige Studierenden werden angeboten.Teile der Vorlesung werden in englisch gegeben | |||||
| 151-0723-00L | Produktion von elektrischen und elektronischen Komponenten | W | 4 KP | 3G | A. Kunz, A. Guber, R.‑D. Moryson, F. Reichert | |
| Kurzbeschreibung | Die Vorlesung verfolgt die Prozesskette der Wertschöpfung elektrischer und elektronischer Komponenten: Inhalt sind der Schaltungsentwurf und die Schaltungsentwicklung, die Fertigung elektronischer Schaltungen in Leiterplatten und Hybridtechnik, integrierte Prüftechnik, die Planung von Produktionsanlagen, Fertigung hochintegrierter elektronischer Bausteine vom Wafer an sowie das Recycling. | |||||
| Lernziel | Kenntnisse der Wertschöpfungskette Elektronik. Fertigungsgerechte Planung der Produkte sowie deren Fertigung. Aufbau von Produktionsanlagen, Recycling. | |||||
| Inhalt | Ohne elektronische Komponenten geht nichts mehr. Typische Maschinenbauprodukte wie Werkzeugmaschinen oder Fahrzeuge haben heute einen wertmässigen Anteil an elektrischen und elektronischen Komponenten von über 60%, so dass der Zugang zur bzw. die Beherrschung der Wertschöpfung von entscheidender Bedeutung für die gesamte Leistungserstellung wird. Es werden zunächst elektronische Bauelemente in ihrer Funktion und die Planung von Schaltkreisen erläutert. Anschliessend wird gezeigt, wie elektronische Funktionseinheiten aus Bauelementen montiert werden. Gezeigt wird sowohl die Leiterplattentechnik als auch die sich mehr und mehr durchsetzende Hybridtechnik, gezeigt werden wertschöpfende Prozesse sowie die Prüfung und das Handling und die Kombination der Verfahren im Rahmen der Anlagenprojektierung. Weiter behandelt die Vorlesung die Fertigung elektronischer Bausteine beginnend von der Waferfertigung über die Strukturierung und das Bonding und Packaging. Dabei wird die Fertigung Mikroelektromechanischer und elektrooptischer Systeme und Aktuatoren besprochen. Keine Produktplanung noch Fertigung kommt heute ohne die Betrachtung des Recycling aus, was auch diese Vorlesung beschliesst. Auf einer Exkursion sehen die Studierenden die praktische Anwendung und Verwirklichung der Fertigung elektrischer und elektronischer Komponenten. | |||||
| Skript | Unterlagen werden pro Vorlesungsblock zur Verfügung gestellt. Unkostenbeitrag CHF 20.- | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Die Vorlesung wird gestaltet und vorgetragen von Fachleuten aus der Industrie. Eine Exkursion zu einem Fertigungsbetrieb soll die Kenntnisse praxisorientiert untermauern. | |||||
| 151-0725-00L | Exciting Leadership in a Thrilling Real Business World | W | 4 KP | 3G | A. Halbleib | |
| Kurzbeschreibung | What is leadership in a real world? What are the preconditions of personal leadership? What is the differences between Leadership and Management? What is the price to be payed to be a Leader? What are the core competences of a Leader? How to become an inspiring Leader? How to experience exciting leadership in a thrilled real business world. | |||||
| Lernziel | The objective of this course is to understand the impact of Leadership and to learn based on longterm international leadership experiences very practicale competences and skills needed to be a leader. | |||||
| Inhalt | Definitions and methodes what leadership is about based on real industrial examples. Levels of Leadership. Conflicts, challenges and risks of Leaders. Competences of a leader such as: decision making processes, communication, emotional intelligence, change processes and understanding of people behaviours. | |||||
| Skript | Yes, always after lecture via mail. | |||||
| Literatur | Not mandatory, but to be reccommended: "The Effective Executive" from Peter Drucker, Verlag Vahlen; ISBN 978 3 8006 46715 from 2014. | |||||
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