Light Weight Design
Kompetenzen der Schwerpunktgruppe Light Weight Design
Die Schwerpunktgruppe Light Weight Design entwickelt und erforscht gewichtsoptimierte und in der Regel sehr hochbeanspruchte, teilweise sicherheitskritische Strukturen. Die Kompetenzen erstrecken sich dabei von der Konzeption über die Konstruktion, Simulation, Dimensionierung, Mechatronik und Messtechnik bis hin zum Prototypenbau. Die Anwendungen finden sich in Spezial- und Schienenfahrzeugen, in Luftfahrzeugen und Drohnen sowie immer mehr in hochdynamisch belasteten Mechanismen und Systemen. Die Simulation extrem kurzzeitiger Vorgänge im Millisekundenbereich auf dem institutseigenen Rechencluster mit über 400 CPUs mittels expliziter Hydrocodes ist daher zusammen mit Fluid-Struktur-Interaktionsanalysen (FSI) ein weiterer Schwerpunkt der Gruppe, ebenso wie die multidisziplinäre Optimierung der Strukturen. Dabei werden u.a. neue algorithmische Verfahren wie z.B. machine learning erforscht, um hochkomplexe physikalische Phänomene der unterschiedlichsten Art effizienter und genauer zu modellieren, wobei die grossen Datenmengen mit Hilfe von Reduced Order Models (MOR) verkleinert werden. Schliesslich ist die Gruppe noch im Bereich der Aeroelastizität tätig, d.h. der Wechselwirkung zwischen aerodynamischer Anregung und strukturellen Schwingungen wie sie z.B. bei Rotorblättern von Windenergieanlagen auftreten. Die Erstellung von Gutachten und Schadensanalysen zur Festigkeit auch geschweisster Strukturen runden zusammen mit dezidierten Normenkenntnissen in den Anwendungsbereichen das Kompetenzspektrum ab.
Projektbeispiele
Neue Projekte
-
DRAKONISCHE Drohnenflugbahn und Kontrolloptimisation zur Reduzierung der Lärmemissionen
Das Projekt befasst sich mit einer qualitativen sowie quantitativen Beurteilung der von Drohnen verursachten akustischen Belastung und inwiefern diese durch Anpassungen der Flugbahn und/oder der Flugkontrollparameter reduziert werden kann. Damit soll ein Beitrag zur Begrenzung der Auswirkungen des Luftverkehrs auf ...
-
Entwicklung und Bau eines Sensorträgers für das drohnengestützte Messen von Methan- und CO2-Konzentrationen in bodennahen Luftschichten
Das Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ) erforscht die Austauschprozesse zwischen dem Boden und der Atmosphäre. Dazu sollen die klimarelevanten Gase Methan und CO2 in bodennahen Luftschichten gemessen werden, um Klimamodelle genauer zu machen. Dies erfolgt mit einem unbemannten Fluggerät. Die ZHAW entwickelt und baut ...
-
CO-NOISE: Eindämmung des akustischen Fussabdrucks von Drohnen durch Konfigurationsoptimierung
Identifizierung der Lärmerzeugungsmechnismen und Charakterisierung des damit verbundenen Fussabdruck von im Markt verbreiteten Drohnenkonfigurationen. Das Projekt soll anhand von Empfindlichkeitsbewertung im Zusammenhang mit den wichtigsten Design-Parametern Optimierungsmöglichkeiten aufzeigen. ...
-
Hip-Kick – Spielerisches Training aus der Hüfte heraus
Hintergrund des vorliegenden Demo-Objekts ist die spielerische Visualisierung neuartiger, interaktiver Formen der Bewegungs-Visualisierung. Selbstständig ausgeführte, game-orientierte Rehabilitationsprogramme von Neuro-Patienten haben die Therapie in letzter Zeit revolutioniert. Es hat sich gezeigt, dass ein ...
-
Multi-Disciplinary Optimisation (MDO)
Das Projekt soll einen detaillierten Leitfaden für die Installation aller notwendigen Tools und die Definition und Implementierung der notwendigen Schnittstellen liefern. Der Gegenstand der Optimierung wird von Pilatus vorgegeben und soll eine Rumpf-Flügel-Konfiguration sein. Die Optimierung stützt sich auf eine ...
-
lnFlex - Innovative biegsame Wellen in Leichtbauweise
Entwicklung und Kalibrierung eines Berechnungsverfahrens mittels Machine Learning zur gewichts- und bauraumsparenden Auslegung biegsamer Wellen, basierend auf einer mit neuartigen Testeinrichtung ermittelten dynamischen Kennwerten.
-
Multidisziplinäre Optimierung eines Axialventilators für Wärmepumpen
Luft-Wärmepumpen bestehen in der Regel aus einer externen Einheit mit einemAxialventilator, der die Luft durch den Wärmetauscher bläst. Um dieLärmbelästigung zu reduzieren, versuchen die Hersteller eine möglichstgeräuscharme Konfiguration zu erreichen und dabei den angestrebten Druck undVolumenstrom beizubehalten. ...
-
NEAPTIDE: Numerische Vorhersage und experimentelle Auswertung von Drohnenlärm
Das Projekt befasst sich mit der Entwicklung einer Methode zur Charakterisierung von Fluglärm, welcher durch Drohnen erzeugt wird. Dazu wird eine entsprechende Lärmdatenbank erstellt, welche der Identifizierung der relevantesten Lärm-Erzeugungs-Mechanismen dienen soll (sog. akustischer Fussabdruck), um so einen ...
-
Holoreach
Der Schlaganfall ist eine schwere Belastung für das Gesundheitssystem und die Betroffenen. Weltweit erleiden etwa 16 Millionen Menschen pro Jahr erstmals einen Schlaganfall, von denen 5 Millionen in ihrer Funktionsfähigkeit und Teilhabe eingeschränkt bleiben. Da die Verbesserung der Funktionalität nach ...
-
T-Chair II – Assistive Therapieform für die Balance und Stabilität des Rumpfes nach Schlaganfall
Die Rumpfkontrolle ist ein Schlüsselfaktor für einen erfolgreichen Rehabilitationserfolg in den ersten Jahren nach dem Schlaganfall. Das Training muss früh nach dem Schlaganfall mit dem Sitzen beginnen, da die Rumpfkontrolle für das Stehen und Gehen unerlässlich ist. Ein robotergestützter medizinischer ...
Weitere Projekte
Publikationen
-
Hesselbarth, Hanfried, 2017.Archaeopteryx - neue Dimensionen des Fliegens In: Schweizer Luft- und Raumfahrt 2017.St.Gallen: Koemedia.S. 154-156.
-
Hesselbarth, Hanfried; Hartwig, Markus; Leutenegger, Simon, 2019. Leichtere Waggons dank integrierter Sandwichbauweise. ZEVrail - Zeitschrift für das gesamte System Bahn.143(9), S. 340-345.
-
Hesselbarth, Hanfried; Leutenegger, Simon; Hartwig, Markus, 2018.Leichte Wagenkasten durch integrierte Sandwichtechnologie. Lightweight Design. 11(3), S. 48-51.
-
Hossfeld, Max; Leutenegger, Simon; Hesselbarth, Hanfried; Hartwig, Markus, 2015.Leichtere Waggons dank integrierter Sandwichbauweise mit FSW-Technologie.Mechanics.Now!. 2015(1), S. 20-22.
-
Meiser, Vincent; Hesselbarth, Hanfried; Henke, René; Rotach, Toby; Seatovic, Dejan, 2014. Autonomous unmanned ground vehicle as sensor carrier for agricultural survey tasks [Paper].In: AgEng 2014 : engineering for improving resource efficiency : conference of the European network for engineering and systems in the rural sector.International Conference of the European Society for Agricultural Engineers (EurAgEng), Zurich, 6-10 July 2014.Geyseco.S. 1-6.
-
Ensslin, Oliver; Matti, Thomas; Gerber, Marc; Hesselbarth, Hanfried; Neininger, Bruno, 2011. UMARS : unmanned modular airborne research system In: UAV-g 2011 : unmanned aerial vehicles in geomatics. Zürich: ETH Zürich.
Huber, Cyril; Eberlein, Robert; Kappeler, Robin; Fehr, Roland; Scarfe, Peter; Mörgeli, Thomas; Noir, Jérome, 2015. Flüssiges Natrium mit einem Standardwerkstoff abdichten. In:Berger, Karl-Friedrich; Kiefer, Sandra, Hrsg., Dichtungstechnik Jahrbuch 2016. Mannheim: ISGATEC. S. 181-188.
Huber, Cyril; Eberlein, Robert; Fehr, Roland; Scarfe, Peter; Noir, Jérome; Mörgeli, Thomas, 2015.Heiss, hochreaktiv und hochbelastet : flüssiges Natrium in einer Planetenmagnetfeld-Forschungseinrichtung mit einem Standardwerkstoff abdichten. Dicht! Trialog der Dichtungs- und Klebetechnik. 2015(2), S. 32-33.
Leutenegger, Simon; Huber, Cyril; Fehr, Roland; Hartwig, Markus; Bossert, David, 2017. Der Aluminium-Wagenkasten 4.1 : Leichtbau durch integrierte FSW-Sandwiches. In: 15. Internationale Schienenfahrzeugtagung: Dresden Rad Schiene, 1.-3. März 2017.
Da Ronch, Andrea; Ventura, Antonino; Righi, Marcello; Franciolini, Matteo; Berci, Marco; Kharlamov, Daniel, 2018. Extension of analytical indicial aerodynamics to generic trapezoidal wings in subsonic flow. Chinese Journal of Aeronautics.31(4), S. 617-631.Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.cja.2018.02.008
Righi, Marcello, 2016.A gas-kinetic scheme for turbulent flow. Flow, Turbulence and Combustion. 97(1), S. 121-139. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s10494-015-9677-2
Righi, Marcello, 2014.A modified gas-kinetic scheme for turbulent flow. Communications in Computational Physics. 16(1), S. 239-263. Verfügbar unter: https://doi.org/10.4208/cicp.140813.021213a
Righi, Marcello, 2013. A finite-volume gas-kinetic method for the solution of the Navier-Stokes equations.The Aeronautical Journal. 117(1191), S. 605-616. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1017/S000192400000823X
Manfriani, Leonardo; Ammann, Michael; Righi, Marcello, 2012. Experimental aerodynamic analysis of a slow running vertical axis wind turbine [Paper]. In: Proceedings of the RAeS Applied Aerodynamics Conference 2012. RAeS Applied Aerodynamics Conference, Bristol, United Kingdom, 17-19 July 2012.
Righi, Marcello, 2016. RANS-LES hybrid turbulence modelling for aeroelastic problems : test case 3 in the second aeroelastic prediction workshop [Paper]. In: Proceedings of the 34th AIAA Applied Aerodynamics Conference. 34th AIAA Applied Aerodynamics Conference, Washington, D.C., USA, 13-17 June 2016. AIAA AVIATION Forum. Verfügbar unter: https://doi.org/10.2514/MAPA16
Da Ronch, Andrea; Berci, Marco; Righi, Marcello, 2016.Subsonic indicial aerodynamics for the unsteady loads of trapezoidal wings [Paper]. In: Proceedings of the 34th AIAA Applies aerodynamics Conference. 34th AIAA Applied Aerodynamics Conference, Washington, D.C., USA, 13-17 June 2016. Washington, D.C.: AIAA AVIATION Forum. Verfügbar unter: https://doi.org/10.2514/MAPA16
Righi, Marcello, 2016. Turbulence modelling in aeroelastic problems [Paper]. In: Proceedings of 11th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements. 11th International Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements (ERCOFTAC), Palermo, Italy, 21-23 September 2016. ERCOFTAC.
Righi, Marcello, 2016. Turbulence modelling techniques in aeroelastic problems : results and comments from the second AIAA aeroelastic prediction workshop [Paper]. In: 6th EASN International Conference on Innovation in European Aeronautics Research, Porto, Portugal, 18-21 October 2016.
Righi, Marcello, 2015. A numerical scheme for hypersonic turbulent flow : AIAA 2015-3341 [Paper]. In: Proceedings of the 45th Fluid Dynamics Conference : Hypersonic and Chemically-Reacting Flows. 45th AIAA Fluid Dynamics Conference «Hypersonic and Chemically-Reacting Flows» Dallas TX, USA, 22-26 June 2015. AI AA AVIATION Forum. Verfügbar unter: https://doi.org/10.2514/MFD15
Righi, Marcello; Koch, Jan, 2015. High-fidelity aeroelasticity [Paper]. In: Platform for Advanced Scientific Computing Conference 2015, Zürich, 01-03 June 2015.
Da Ronch, Andrea; Berci, Marco; Righi, Marcello, 2015. Subsonic indicial aerodynamics for unsteady loads calculation via numerical and analytical methods : a preliminary assessment : AIAA 2015-3170 [Paper]. In: Proceedings of the 33rd Applied Aerodynamics Conference : Unsteady Flows. 33rd AIAA Applied Aerodynamics Conference, Dallas, USA, 22-26 June 2015. AIAA AVIATION Forum. Verfügbar unter: https://doi.org/10.2514/MAPA15
Righi, Marcello, 2014. A gas - kinetic scheme for turbulent flow [Paper]. In: Proceedings of the 10th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements : ETMM10. 10th International ERCOFTAC Symposium (ETMM10), Marbella, Spain, 17-19 September 2014. ETMM10.
Righi, Marcello, 2014. A gas-kinetic scheme for the simulation of turbulent flow [Paper]. In: Proceedings of the 29th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics. 29th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Xi'an, China, 13-18 July 2014. Xi'an: RGD29.
Manfriani, Leonardo; Righi, Marcello, 2014. Aerodynamic design of a boom for air-to-air refuelling [Paper]. In: Proceedings of the RAeS Applied Aerodynamics Conference 2014.RAeS Applied Aerodynamics Conference, Bristol, United Kingdom, 22-24 July 2014.
Righi, Marcello, 2013. A gas-kinetic scheme for the simulation of turbulent flows [Paper]. In: 28th Internaltional Symposium on Rarefied Gas Dynamics 2012. 28th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Zaragoza, Spain, 9-13 July 2012.American Institute of Physics.S. 481-488.
Righi, Marcello, 2012. A finite-volume gas-kinetic method for the solution of the Navier-Stokes equations [Paper]. In: Proceedings of the RAeS Applied Aerodynamics Conference. RAeS Applied Aerodynamics Conference, Bristol, United Kingdom, 17-19 July 2012. London: Royal Aeronautical Society.