Thema

Title: Finite Element Modellierung von elastischen Materialien
Type:
  • Study thesis
  • Bachelor thesis
  • Master thesis
Advisor:
Status: available

Background

Im Rahmen des Internationalen Graduiertenkollegs „Soft Tissue Robotics“ wird die Interaktion von Robotern mit weichen Materialien erforscht. Formlabile und nachgiebige Bauteile (Kunststoff, Gummi) oder organische Gewebe (Haut, Muskeln) stellen dabei eine enorme Herausforderung für heutige Robotersteuerungen dar. Aufgabenstellungen die der Mensch intuitv beherrscht, wie das simple Greifen verschiedener weicher Objekte unterschiedlicher Geometrie, stellen Robotersysteme vor eine Vielzahl derzeit ungelöster Probleme.

Um Robotern ein Gefühl für den Umgang mit weichen Materialien zu verleihen, sodass entsprechende Handlungsstrategien abgeleitet werden können (z.B. geeignete Griffpositionen unter Berücksichtigung der Materialsteifigkeit) soll der Robotersteuerung ein virtuelles Abbild des Materialverhaltens auf Basis von Simulationsmethoden zur Verfügung gestellt werden. In diesem Kontext werden Simulationsmethoden untersucht die das komplexe Deformationsverhalten weicher Materialen ausreichend genau abbilden können.

Roboterarm_with_tube

Bildquelle: Universität Stuttgart / Uli Regenscheit

Task

Es soll die Möglichkeit der Approximation von elastischem Materialverhalten mit Hilfe von Finite-Elemente-Methoden (FEM) untersucht werden. Die Zielsetzung der Arbeit ist es Modellierungsgrenzen von herkömmlichen Finite-Elemente-Ansätzen bei großen Deformationen aufzuzeigen.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspakete:

  • Literaturrecherche über Simulationsmethoden zur Beschreibung des elastischen Verhaltens weicher Materialien mit dem Schwerpunkt FEM Modellierung
  • Klassifikation verschiedener weicher Materialien
  • Auswahl eines Anwendungsfalls und Realisierung des Simulationsmodells mit Hilfe der recherchierten Modellierungsmethoden
  • Konzept zur Validierung des erstellten Modells und seines Gültigkeitsbereiches
  • Auswertung der Simulationsergebnisse und Prüfung auf physikalische Stichhaltigkeit

Prerequisites

  • Strukturierte und methodische Arbeitsweise
  • Motivation und eigenständiges Arbeiten
  • Spaß an Forschungs- und Entwicklungsarbeit
  • Kenntnisse in Finite-Elemente-Methoden von Vorteil (nicht erforderlich)
  • Erfahrung im Umgang mit ANSYS von Vorteil (nicht erforderlich)

Acquired skill

  • Einblicke in State oft the Art Problemstellungen der Robotik
  • Mitarbeit an interessanten Forschungsprojekten
  • Vertiefende Kenntnisse in Modellierungs- und Simulationsmethoden
  • Praxiserfahrung in Finite-Elemente-Simulation (ANSYS)
  • Methodisches Arbeiten