Lehre & Praktika

Termine zum Biomechanik Praktikum im WS

FEM1: Versuch Finite Elemente Methode (Kolben)

FEM2: Versuch Finite Elemente Methode (Balken)

FEM3: Versuch Finite Elemnte Methode (Knochen)

DMS: Versuch Dehnungsmessstreifen

OPT: Versuch Optische Spannungsanalyse (Spannungsoptik & Digitale Bildkorrelation)

DIC: Digitale Bildkorrelation (Präsentation am Biaxialmesssystem)

Start des Praktikums: Mitte Oktober

Bitte melden Sie  sich in ILIAS zum Praktikum an!

Biomechanik Praktikum in ILIAS

Die aktuelle Terminliste finden Sie auf der ILIAS!
 

Versuche: FEM1, FEM2 u. FEM3
Ort: 01C09 (C-Trakt, Technomathematik)
Zeit: Do. 10:15-12:15 Uhr
Dauer: 2h
Anzahl der Teilnehmer: max. 12 Studenten pro Termin  

Versuche: DMS, OPT
Ort: 01E15
Zeit: Fr 10:15 - 12:15 Uhr (OPT auch Do.)
Dauer: 2h
Anzahl der Teilnehmer: 6 Studenten (2 Gruppen mit je 3 Studenten)

Versuche: DIC
Ort: 01E15  
Zeit: Fr. 10:15  12:15Uhr
Dauer: 1,5h
Anzahl der Teilnehmer: 6 Studenten

Betreuer:
Hr. Horbach (DIC)
Hr. Gatzweiler (FEM1, FEM2, FEM3, DMS, OPT)

Bei der Entwicklung und Konstruktion von Prothesen, Medizinischen Instrumenten, Sport- und Trainingsgeräten ist die Kenntnis der dort auftretenden Kräfte und Spannungen unverzichtbar. Die Studenten lernen im Praktikum Verfahren kennen, mit denen man diese Parameter erfassen kann. Inhalt des Praktiikums ist der Einsatz und Vergleich unterschiedlicher Verfahren zur mechanischen Spannunganalyse am Beispiel eines Balkens als 4-Punkt-Biegeprobe.

Die Belastungsvorrichtung der Vier-Punkt-Biegeprobe, wie Sie im Praktikum bei allen Versuchen zum Einsatz kommt:

Lerninhalte:

Aufbereitung von Geometriedaten aus CT-Bildern (DICOM-Format) mit Hilfe einer Segmentierungssoftware. Import der Geometrie in den Preprozessor (SALOME) und Erstellung von Elementengruppen für die Definition der Randbedigungen (Lastfall). Materialzuweisung zu den einzelnen Knochenschichten. Bearbeitung der Kommandodatei für den FEM-Solver (Code_Aster). Postprozessing (Ergebnisdarstellung) in ParaVIEW. Erstellung von Schnittebenen zur Darstellung der Spannungsverteilung im Knochen. Interpretation der Ergebnisse, d.h. welchen Effekte hat die Behandlung des Oberschenkelhalses mit Knochenzement auf die Spannungsverteilung im Knochen.

Lerninhalte:
Berechnung eines Motorkolbens mit Salomé und Code_Aster, Import der Geometriedaten aus einem CAD-Programm durch eine STEP-Schnittstellendatei nach Salomé, Vernetzung der Geomtetrie, Definition der Randbedingungen und Materialdaten, Einsatz des Salome-Wizard's (Assistenten), Ergebnisdarstellung im Postprozessor.
Weitere Infos finden Sie auf unter dem Register "Informationen zur verwendeten FEM-Software" am Ende dieser Seite!

Hinweis: Da der Versuch "Kolben" [FEM1] durch den CAD-Import (Import der Geometriedaten) und die Nutzung des Wizards (Assistenten) zum Einstieg in die FEM geeigneter ist als als der Versuch "Balken", wird dieser zuerst durchgeführt.

Zu den FEM-Versuchen gibt es genauere Information zur verwendeten Software im Register "Praktikum FEM". Im Praktikum Biomechanik werden nur die Versuchen Balken, Kolben (engl. Piston) und Knochen (bone, femur) bearbeitet. Bei den FEM-Versuchen steht jedem Studenten/In ein Versuchsplatz/Rechnersystem zur Verfügung (PC-Seminarraum der Technomathematik). Sie benötigen Ihren FH Login (Name/Passwort), um sich an einem der PC's anzumelden.

Falls Sie ein Notebook mit einem 64bit Prozessor besitzen, dann können Sie die FEM-Versuche auch darauf durchführen. Ihre (Windows-) Installation bleibt dabei erhalten, Sie arbeiten dann mit einer Linux-Live-DVD, einem Linux-Live-USB-Stick oder mit einer Linux Emulation (VM-Ware/OpenBox). Bitte fragen Sie vor dem Versuchstag Herrn Gatzweiler.

Es ist nicht erforderlich die Versuchsbeschreibungen zu drucken. Es genügt, wenn Sie sich die ersten Seiten der Beschreibung, d. h. den theoretischen Teil, vor den Versuchen durchlesen. Die Versuchsbeschreibungen werden von uns am Versuchstag kostenlosn ausgeteilt.

Die Erstellung eines Praktikumsberichtes nach den einzelnen Versuchen ist nicht erforderlich, wir legen Wert auf eine aktive Teilnahme am Praktikum. Am Ende des gesamten Praktikums soll aber noch eine Praktikumsauswertung (s.u. Auswertebogen) bearbeitet und ausgefüllt werden, wo z.B. die verschiedenen Verfahren zur Spannungsanalyse abschließend miteinander verglichen werden. Zur Anerkennung des Praktikums ist diese Auswertung von jedem/er Studenten/In persönlich vorzulegen.

Download der Versuchsbeschreibungen

Es ist nicht erforderlich die Versuchsbeschreibungen zu drucken. Es genügt, wenn Sie sich die ersten Seiten der Beschreibung, d. h. den theoretischen Teil, vor den Versuchen durchlesen (im PDF-Reader). Das Passwort zum Öffnen der Dateien wird bei der Vorbesprechung bekannt gegeben.
Die Anleitungen werden vor den Versuchen kostenlos ausgehändigt!
 

ACHTUNG: Die Versuchsanleitungen werden nur noch in ILIAS bereitgestellt! Finite Elemente Methode 1, Versuch "Kolben" 

-> FEM1 (PDF-Datei 5,4 MB)
-> Video zum Versuch Kolben/Piston

-> Template LinStatics3D.comm

Finite Elemente Methode 2, Versuch "Balken"

-> FEM2 (PDF-Datei 19,2 MB)
-> Video zum Versuch Beam/Balken Teil1
-> Video zum Versuch Beam/Balken Teil2

Finite Elemente Methode 3 Versuch "Knochen"

-> FEM3 (PDF-Datei 19,2 MB)
 

Versuch Dehnungsmessstreifen

Versuchsbeschreibung
-> DMS (PDF-Datei 6,2 MB)

Versuchspräsentationen
-> DMS-Allgemein (PDF-Datei 4,9 MB)
-> DMS-Applikation (PDF-Datei 15,5 MB)
-> DMS-Wheatstone (PDF-Datei  2,2MB)

Videos zur Wheatstone'schen Messbrücke:
-> Link zu den Videos Viertel-/Halb- u. Vollbrücke

Versuch Optische Spannungsanalyse

-> OPT (PDF-Datei ca. 18,7MB)

Versuch Digitale Bildkorrelation

-> Download wird in Kürze aktiviert!

Auswertebogen

ACHTUNG: Ein Abschließender freiwilliger Test erfolgt nur noch Ende Januar online in ILIAS!

Dieser abschließende Auswertebogen ist ausgefüllt und bis spätestens zum Anfang des SSpersönlich vorzulegen.
> Auswertung (PDF-Datei 512kB). Falls die Messergebnisse nicht notiert wurden, so können Sie zur Auswertung auf folgende Ergebnisdaten zurückgreifen:
> Messergebnisse (PDF-Datei 2,4MB)

Für Master-Studenten der Technomathematik und Biomedizinischen Technik, begleitend zur Vorlesung "Finite Elemente Methode FEM", Spannungsanalyse mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente.

Anzahl der Versuche: 7
Zeitdauer pro Versuch: ca. 1,5 bis 2,0 Stunden (abhängig vom Versuch)
Teilnehmerzahl pro Versuch: 12
Anzahl der Arbeitsplätze: 12 (PC Seminarraum 01C09 im Technomathematik-Trakt)
Termine nach Abprache mit Herrn Gatzweiler (gatzweiler(at)fh-aachen.de or office 01E09).
Das Praktikum kann auch an verschiedenen Wochentagen durchgeführt werden, wenn der PC Seminrarraum 01C09 frei ist, siehe Raumbelegungsplan im CAMPUS. Eine Betreuung ist donnerstags u. freitags möglich. An den anderen Tagen müssten Sie selbstständig arbeiten.

Link to eLearning ILIAS (english) Link zum eLearning ILIAS 

Bei Rückfragen bitte email an: gatzweiler(at)fh-aachen.de

 Verwendetes Programm: 

Salome  als Pre- und Postprozessor
(ab 2016 ParaView als Postprozessor)
sowie
Code_Aster als Solver 

Plattform: Linux (Debian32bit/Ubuntu64bit), alternativ auch mit dem VMWarePlayer oder Virtual Box (Linux emuliert) unter Windows oder Mac OS sowie direkt mit der Live-DVD. Auchuch ein Live-USB-Stick auf Ubuntu64-basis verfügbar. Bei Interesse können Sie sich die DVD oder den USB-Stick im Labor Biomechnanik kopieren lassen.

Es steht nun eine *.ova Datei (sogenannte Appliance, ca. 8 GByte) zur Verfügung, diese können Sie direkt in die VirtualBox importieren. Sie brauchen also auf Ihrem Windows-, Linux- oder Mac-Rechner nur die VirtualBox von ORACEL zu installieren und dann die Appliance zu importieren. Damit steht Ihnen die ganze Arbeitsumgebung, d.h. Ubuntu 14.04 inkl. aller Anwendungen (aktuelle Versionen) zur Durchführung des Praktikums zur Verfügung. Weitere Infos in ILIAS.

Lernziele: Umgang mit dem Preprozessor (Grafik-Editor), Eingabe von Geometrie- und Materialdaten, Elementenauswahl, Vernetzung. Definition der Randbedingungen und Lasten, Bearbeitung der FEM-Kommandodatei, Kontrollmöglichkeiten, Starten der FEM-Analyse. Möglichkeiten der Ergebnisdarstellung des Postprozessors. Umgang mit den Schnittstellendateien, Import/Export.

Tutorial: Sie können sich Videos (Fachbereich 9/Gatzweiler) zu den FEM-Versuchen im E-learning Bereich, ILIAS (login mit Ihrem FH-Passwort), anschauen oder direkt downloaden. Die Verlinkung zum Download finden Sie unten bei den einzelnen Versuchen.

Zur Einführung in den Umgang mit Salome und Code-Aster empfehlen wir Ihnen, sich das Tutorium (Flash-Video) zum jeweiligen Versuch (am Vorabend) anzusehen. Die Videos sind für die Auflösung 1024*768 angepasst. Die Kommentare sind in deutscher Sprache geschrieben.

Wenn Sie an Ihrem eigenen Rechner mit Salome/Code_Aster (Live-DVD, Festplatteninstallation oder VMWare) arbeiten möchten, dann können Sie sich die ausführlichen Versuchsbeschreibungen (PDF-Datei, als Passwort zum Öffnen das "BioPrak-login"-Passwort verwenden!) herunterladen. Eine Beschreibung der Arbeitsumgebung (CAE-Linux/Salome) finden Sie auf den ersten Seiten der Versuchsbeschreibung zum "Biegebalken". Sie brauchen die Versuchsanleitungen nicht auszudrucken, diese werden zum Beginn des Praktikums von uns ausgehändigt.

[Versuch 8: Venturirohr] nicht mehr Teil des Praktikums!

ACHTUNG:
Strömungsanalysen werden nun bei Prof. Behbahani im Praktikum CFD Computational Fluid Dynamics mit Code_Saturne durchgeführt!

Strömungsanalyse mit Code_Saturne und Vergleich mit den Ergebnissen aus dem Praktikum Biomechanik "Strömungversuche".

Dieser Versuch ist nun Teil des Praktikums "Fluid Dynamics" mit Prof. Dr.-Ing. M Behbahani.

• Tutorial-Thermische-Analyse
• PDF-Anleitung-Thermische-Analyse

Noch Fragen oder Wünsche?

E-mail an: gatzweilerfh-aachen.de

Im Labor für Biomechanik der FH Aachen kommen die Open-Source-Programme Code_Aster als FEM-Solver (Strukturmechanik) und Salomé als Pre- und Postprozessor zum Einsatz. Code_Aster wird von der EDF, einem staatlichen Energieunternehmen in Frankreich, kostenlos zur Verfügung gestellt. Seit kurzem gibt es das Programm Code_Saturne, ein FVM-Solver für die Strömungsmechanik (CFD). Die Programme arbeiten in einer Linux-Umgebung können aber auch unter Windows oder Mac OS X (Intel basiert) installiert werden. Die CAELinux-Distribution stellt alle erforderlichen Softwarepackete komplett eingerichtet als LiveDVD zum Download bereit. Weitere Informationen sowie Versuchsanleitungen finden Sie in den Untermenüs, siehe unten.