Institute des Graz Center of Computational Engineering
Das Graz Center of Computational Engineering (GCCE) vereint die Expertise von 10 verschiedenen Instituten der Technischen Universität Graz, welche 5 unterschiedlichen Fakultäten zuzuordnen sind. Um mehr über die einzelnen Akteure des GCCE zu erfahren, klicken Sie einfach auf das entsprechende Symbol der oberen Grafik.
Institut für Angewandte Mathematik
Fakultät: Mathematik, Physik und Geodäsie
Leitung: Univ.-Prof. Dipl.-Math. Dr.rer.nat. Olaf Steinbach
Adresse: Steyrergasse 30/III, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 8121
E-Mail: barbara.poeltl@tugraz.at
Das Institut für Angewandte Mathematik bietet eine Vielzahl an Lehrveranstaltungen zur Analysis und Numerik partieller Differentialgleichungen an. Diese werden sowohl für die Studienrichtung Mathematik als auch für die Studienrichtungen Physik, Biomedical Engineering, Bauingenieurwissenschaften, Computer Science und Maschinenbau angeboten. Die Sachgebiete, die vom Institut abgedeckt werden sind Optimierung, Variationsrechnung, Analysis, numerische Mathematik und mathematische Physik. Forschungsthemen umfassen beispielsweise
- Finite Element Methoden und Randelementmethoden, parallele Lösungsverfahren
- Optimierung mit partiellen Differentialgleichungen
- Analysis und Numerik von Eigenwertproblemen
- Spektraltheorie partieller Differentialgleichungen
- Anwendungen in Natur- und Ingenieurwissenschaften sowie in der Industrie
Institut für Baumechanik
Fakultät: Bauingenieurwissenschaften
Leitung: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martin Schanz
Adresse: Technikerstraße 4/II, 8010 Graz
Tel.: + 43 316 873 7640
E-Mail: iam@tugraz.at
Das Institut für Baumechanik ist für die Grundausbildung im Fach Mechanik der Studienrichtungen Bauingenieurwissenschaften, Elektrotechnik, Elektrotechnik-Toningenieur, Verfahrenstechnik und für den Studienzweig Technomathematik zuständig. Daneben werden vertiefende Lehrveranstaltungen in Kontinuumsmechanik, Materialtheorie, Mehrkörperdynamik, Nichtlinearen Gleichungssystemen und Randelementmethoden angeboten.
Die Forschung am Institut ist der Festkörpermechanik und deren numerischer Behandlung zuzuordnen. Im Speziellen sind dies
- Numerische Simulation von Wellenausbreitungsvorgängen (Poroelastische Randelementmethode (BEM), Iterative/Mortar Kopplung FEM/BEM, Infinite poroelastische FEM),
- die Modellierung von Materialien (Granulare Materialien, Geosynthetics, Auxetische Materialverhalten, Homogenisierung) und
- Dynamik und Optimierung (Minimierung von Reibungsverlusten (ViF), Mehrkörperdynamik).
Dabei werden als numerische Hilfsmittel die Finite Element Methode oder die Randelementmethode eingesetzt. Für die Wellenausbreitungsvorgänge wird auch die Numerik der zeitabhängigen Randelementmethoden (Galerkin-Verfahren, effektive Kopplung, etc.) untersucht und weiterentwickelt. Diese Entwicklungen werden kontinuierlich in die Institutssoftware HyENA (Hyperbolic and Elliptic Numerical Analysis) eingearbeitet.
Institut für Baustatik
Fakultät: Bauingenieurwissenschaften
Leitung: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas-Peter Fries
Adresse: Lessingstraße 25/II, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 6181
E-Mail: ifb@tugraz.at
Das Institut für Baustatik nimmt in der Ausbildung von Bauingenieuren eine zentrale Rolle in der Lehre ein; praktisch alle konstruktiven Fächer wie Holzbau, Stahlbau und Betonbau greifen auf Methoden der Baustatik zurück. Neben den klassischen Handrechenverfahren werden auch computergestützte Verfahren, also Simulationsverfahren wie die Finite Element Methode, gelehrt und stehen auch im Vordergrund der Forschung des Instituts.
Der Fokus der Forschung am Institut für Baustatik liegt auf Simulationen in der Struktur- und Strömungsmechanik. Die untersuchten Anwendungen umfassen:
- Strukturmechanik: Bruchmechanik, Biomechanik, Allgemeine Strukturmechanik
- Strömungsmechanik: Zwei-Phasen-Strömungen, Strömungen mit freien Oberflächen, Fluid-Struktur-Interaktion
- Geowissenschaften: Tunnelbau, Hydraulic Fracturing
In den meisten betrachteten Anwendungen haben Grenzflächen wie Rissoberflächen, Materialübergänge oder Bereiche unterschiedlicher Physik (z.B. Fluid-Struktur-Interaktion) einen hohen Stellenwert. Dies stellt besondere Anforderungen an die Simulationsverfahren, mit denen die zugrundeliegenden Modellgleichungen gelöst werden. Am Institut werden unterschiedliche Simulationsverfahren (FEM, XFEM, Isogeometrische Analyse, Ficticous Domain Methoden, Netzfreie Verfahren, BEM) weiterentwickelt und die dazugehörigen Softwarepakete für Lehr- bzw. Forschungszwecke eingesetzt.
Institut für Biomechanik
Fakultät: Informatik und Biomedizinische Technik
Leitung: Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Gerhard A. Holzapfel
Adresse: Stremayrgasse 16/II, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 35501
E-Mail: bettina.strametz@tugraz.at
Das Institut für Biomechanik bietet in der Lehre eine breite Auswahl zum Thema "Biomechanics" in den Studienrichtungen Biomechanical Engineering, Mathematics und Advanced Materials Science. Das Spektrum umfasst materialtheoretische Grundlagen und biomechanische Modellierung und Simulation mittels numerischer Methoden. Der Inhalt der Vorlesungen umfasst beispielsweise die mechanischen Eigenschaften von biologischem Gewebe und deren experimentelle Erfassung sowie numerischer Umsetzung in Simulationsprogrammen. Diese Themenbereiche spielen auch in der Forschung eine wesentliche Rolle, unter anderem widmet sich das Institut der:
- Computersimulation des vesikulären Zelltransports,
- Multiskalen biomechanischen Untersuchung der menschlichen Aorta und
- Mathematischen Modellierung und Computersimulation der Aortendissektion.
Dabei werden biomedizinische Untersuchungen mit mechano-mathematischen Modellen und effizienten numerischen Methoden gekoppelt, neuartige „multiskalen“ Materialgesetze abgeleitet, die Mechanismen im Nano-, Mikro- und Makrobereich vereinen und patientenspezifische Simulationen ermöglichen. Hinsichtlich der Numerik werden Verfahren der numerischen Festkörpermechanik, der Fluid-Struktur-Wechselwirkungsmodelle, der nichtlinearen Finite Elemente Methode und der mehrskalen Finite Elemente Methode angewandt und entwickelt. Neue Materialgesetzte werden in erprobten Programmen wie FEAP und Abaqus eingebaut um eine effektives Lösen der Problemstellungen zu gewährleisten.
Institut für Elektrische Antriebstechnik und Leistungselektronische Systeme
Fakultät: Elektrotechnik und Informationstechnik
Leitung: Univ.-Prof. Dipl. Ing. Dr. sc. ETH Michael Hartmann
Adresse: Inffeldgasse 18/I, 8010 Graz
Tel.: + 43 316 873 7241
E-Mail: liane.hochgatterer@tugraz.at
Das Institut für Elektrische Antriebstechnik und Leistungselektronische Systeme bietet Kurse zu Grundlagen und Vertiefungen für elektrische Maschinen wie Gleichstrommaschinen, synchrone sowie asynchrone Maschinen und Drehfeldmaschinen und elektrischer Antriebe. Nach Abschluss dieser Kurse, sind die Studenten in der Lage den Aufbau, die Klassifikation und Charakteristiken von elektrischen Antrieben und Maschinen zu erklären und zu bedienen.
Das Institut forscht in der Analyse, Dimensionierung und Optimierung und die Untersuchung verschiedener Topologien in folgenden Feldern:
- Elektrische und elektromechanische Energieumwandler
- Leistungselektronik
- Integration der obigen Komponenten in Systemen
Diese werden unter anderem in kostengünstigen elektrischen Antrieben für Verbraucheranwendungen, magnetische Materialdegraduierung aufgrund verschiedener Schnitttechniken, große Umwandler gespeiste Generatoren und Effizienz optimizierter Steuerungen elektrischer Antriebe angewendet.
Institut für Festigkeitslehre
Fakultät: Maschinenbau und Wirtschaftswissenschaften
Leitung: Univ.-Prof. Dipl.-Math.techn. Dr.-Ing. Thomas Hochrainer
Adresse: Kopernikusgasse 24/I, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 7166
E-Mail: johanna.javurek-aberer@tugraz.at
In der Lehre betreut das Institut Studierende des Maschinenbaus und des Bauingenieurwesens. Im Bereich der Grundlagenfächer ist vor allem die Festigkeitslehre hervorzuheben. Darüber hinaus werden vertiefende Themen wie die Plastizitätstheorie, die Elastizitätstheorie, die analytische Beschreibung von 2d-Bauteilen (Scheiben, Platten, Schalen) und das Operatorkalkül für Ingenieure behandelt. Außerdem werden Lehrveranstaltungen zur Finite Elemente Methode und zu symbolischen Berechnungen angeboten.
In der Forschung beschäftigt sich das Institut mit der Weiterentwicklung numerischer Methoden im Bereich der Festkörpermechanik sowie mit multiskalen Materialtheorien. Die Arbeitsschwerpunkte sind:
- Materialtheorien (einschließlich Thermodynamik) auf Mikro-, Meso- und Makroebene
- Numerische Verfahren mittels Finite Elementen und Wavelets
- Symbolische Berechnungen angewandt auf thermodynamische Festkörperprobleme
Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Beschreibung von Schadensmechanismen und die Untersuchung von anisotropen und zeitabhängigen (viskosen) Verhalten von Materialien - im elastischen und im inelastischen Bereich. Ein weiterer Fokus liegt auf der numerischen Simulation von technologischen Umformprozessen (Walzen, Schmieden, Ziehen, Extrudieren, etc.).
Institut für Grundlagen und Theorie der Elektrotechnik
Fakultät: Elektrotechnik und Informationstechnik
Leitung: Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Oszkár Bíró
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Manfred Kaltenbacher
Adresse: Inffeldgasse 18/I, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 7251
E-Mail: manuela.woeckl@tugraz.at
Das Institut für Grundlagen und Theorie der Elektrotechnik ist für die elektrotechnische Basisausbildung der Studienrichtungen Elektrotechnik, Elektrotechnik-Toningenieur, Space Sciences and Earth from Space, Biomedical Engineering und Information and Computer Engineering verantwortlich. Die Theorie und Anwendung linearer und nichtlinearer elektrischer Netzwerke und elektromagnetischer Felder stehen auch im Fokus der weiterführenden Lehrveranstaltungen. Außerdem werden Lehrinhalte aus der Netzwerktheorie und der Elektrodynamik multimedial zur Verbreitung via Internet aufbereitet.
In den Forschungsaktivitäten des Instituts werden Problemstellungen aus der Netzwerktheorie und der elektromagnetischen Feldtheorie behandelt. Schwerpunkte hierbei sind:
- Numerische Behandlung der Feldprobleme mit der Methode der finiten Elemente (FEM) wie
- die Untersuchung von Funkstörabstrahlproblemen,
- die Berechnung von nichtlinearen periodischen Feldproblemen und
- die Simulation der Bewegungsinduktion.
- Optimierung und inverse Probleme
- Aero- und Vibroakustik
Die entwickelten Methoden werden eingesetzt um unter anderem die Stromaufteilung in Hochstromtransformator zu optimieren, die Wirkung transienter Phänomene auf Kabelschirme zu beschreiben, um unbekannte Schallquellen zu lokalisieren oder um die Soundausbreitung von Ventilatoren zu simulieren.
Institut für Theoretische Physik - Computational Physics
Fakultät: Mathematik, Physik und Geodäsie
Leitung: Univ.-Prof. Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Wolfgang von der Linden
Adresse: Petersgasse 16/II, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 8171
E-Mail: sekretariat@itp.tugraz.at
In der Lehre werden neben den traditionellen Inhalten der theoretischen Physik, neue Impulse in Richtung Computerausbildung gesetzt. Hierbei sollen die Studierenden den Umgang mit Applikationssoftware, numerischen Verfahren und Computersimulationen lernen. Weiters wird derzeit in den Lehrveranstaltungen angestrebt, komplexe mathematische Zusammenhänge und dynamische physikalische Prozesse in Computersimulationen zu visualisieren. Daneben wird es den Studierenden ermöglicht, am Computer interaktive "Experimente" durchzuführen, die zu einem tieferen Verständnis der Lerninhalte führen sollen. Die Forschung des Instituts ist inhaltlich auf die theoretische Vielteilchen-Physik ausgerichtet, dabei widmen sich drei Arbeitsgruppen den Themen:
- Vielteilchen-Theorie von Quanten
- Computergestützte Materialwissenschaften
- Plasmaphysik
Einen Schwerpunkt bildet die Theorie der kondensierten Materie. Hierbei geht es um die Erforschung der Eigenschaften neuartiger Materialien, wie der Kuprate, Manganate und niedrigdimensionaler, bzw. nano-strukturierter Materialen, die in modernen Bauelementen realisiert werden. Auf dem Gebiet der Plasmaphysik steht die Simulation komplexer Vorgänge in hochdimensionalen Systemen im Vordergrund. Dies umfasst sowohl Probleme der kinetischen Plasmatheorie als auch solche der Magnetohydrodynamik. Der methodische Schwerpunkt des ITPCP liegt in der Computerphysik. Die numerischen Verfahren, die intensiv verwendet und weiterentwickelt werden sind: Monte-Carlo- und Quanten-Monte-Carlo-Simulationen, Exakte Diagonalisierung, Boltzmann-Transport und Ab-Initio-Rechnungen.
Institut für Mechanik
Fakultät: Maschinenbau und Wirtschaftswissenschaften
Leitung: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Katrin Ellermann
Adresse: Kopernikusgasse 24/IV, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 7141
E-Mail:ifm@tugraz.at
Das Institut für Mechanik bietet Grundlagenfächer im Bereich Mechanik, Mechatronischen Systemen und Mehrkörperdynamik für die Studienrichtungen Maschinenbau, Mathematics und Biomedical Engineering an. Darüber hinaus werden vertiefende Lehrveranstaltungen zu nichtlinearen Schwingungen und Themen der Flugsimulation abgehalten. Unter anderem werden Experimente in der Lehre eingesetzt, um die Inhalte anschaulich zu vermitteln. In der Forschung ist das Institut für Mechanik auf folgenden Gebieten tätig:
- Mehrkörperdynamik
- Schwingungstechnik
- Maschinendynamik
- Fahrzeug-Fahrweg-Systeme
- Kontaktmechanik
- Fahrzeugmechatronik
- Flugmechanik
- Flugsimulation und Robotik
Im Vordergrund stehen die Entwicklung von schnellen effizienten Algorithmen zur Simulation von großen mechanischen bzw. mechatronischen Systemen. Die zu entwickelnden Modelle sollten daher so einfach wie möglich, aber so genau wie nötig sein. Um dieses Optimum zu finden, sind experimentelle Untersuchungen hinsichtlich spezieller physikalischer Effekte und auch experimentelle Untersuchungen am realen System erforderlich. Solche Experimente können im Labor der Instituts durchgeführt werden, wodurch ein Zusammenwirken von Theorie, Numerik und Experiment ermöglicht wird.
Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung
Fakultät: Maschinenbau und Wirtschaftswissenschaften
Leitung: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter Brenn
Adresse: Inffeldgasse 25/F, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 7341
E-Mail: sekr@fluidmech.tu-graz.ac.at
Das Institut widmet sich in Lehre und Forschung der Strömungslehre und Wärmeübertragung. Inhalte der Lehrveranstaltungen umfassen theoretische Methoden und technische Anwendungen. Vertiefende Kenntnisse werden in numerischen und analytischen Methoden der Strömungslehre und Wärmeübertragung und Gasdynamik, sowie in der Messtechnik vermittelt. Die Forschungsgebiete des Instituts sind in unterschiedliche Arbeitsgruppen aufgeteilt und umfassen:
- Transportprozesse und Rheologie
- Aerodynamik
- Modellbildung und numerische Simulation
- Grenzflächen und Milli-/Mikro-Fluidmechanik
Bearbeitet werden die Erzeugung und Dynamik mehrphasiger Strömungen aus komplexen Fluiden, die Dehnrheometrie viskoelastischer Flüssigkeiten, die Fahrzeugaerodynamik und die Aerodynamik des Skisprungs, die Berechnung turbulenter Strömungen mit chemischen Reaktionen, Wärmeübertragung mit Phasenwechsel, sowie die Kollision flüssiger Tropfen und Strahlen. Auf direkte Kooperationen mit der Industrie wird großer Wert gelegt. Das Institut verfügt unter anderem über folgende Forschungseinrichtungen: zwei Windkanäle, (optische und thermische) Strömungsmesstechnik, ein Parallelrechner und diverse Laborausstattung. Durch numerische Simulation werden Themen von der Bildung dünner Flüssigkeitsfilme auf rotierenden Scheiben und Strömungen mit Wärmeübergang bei hohen Prandtl-Zahlen, bis hin zu inkompressiblen externen und internen Strömungen, wie etwa turbulenten Kanalströmungen, bearbeitet. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Modellierung des Wärmeüberganges beim Strömungssieden. Es kommen sowohl am Institut entwickelte Computerprogramme, als auch kommerzielle Simulationssoftware zum Einsatz, wobei die Ergebnisse mittels experimenteller Daten validiert werden.
Graz Center of Computational Engineering (GCCE)
c/o: Institut für Mechanik Kopernikusgasse 24/IV
8010 Graz
Österreich
gcce@tugraz.at