Stösse und Schwingungen - Versionsgeschichte

Thomas Rüegg: /* Aufgabenstellung */

2012-08-21T06:38:00Z

Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 21. August 2012, 06:38 Uhr
Zeile 15:		Zeile 15:
	#System sowie Stoss- oder Schwingungsvorgang experimentell untersuchen		#System sowie Stoss- oder Schwingungsvorgang experimentell untersuchen
	#Modell validieren		#Modell validieren
			#Optimierungssimulationen

	Die Sequenz Modellierung-Messung-Validierung kann dabei je nach Bedarf mehrmals durchlaufen werden.		Die Sequenz Modellierung-Messung-Validierung kann dabei je nach Bedarf mehrmals durchlaufen werden.

Thomas Rüegg: /* Optimierungssimulationen */

2012-08-21T06:35:32Z

Optimierungssimulationen

← Nächstältere Version		Version vom 21. August 2012, 06:35 Uhr
Zeile 71:		Zeile 71:
	Mit Modellsimulationen kann man auf sehr effiziente Weise ein Experiment variieren. Man wiederholt Simulationen und ändert nur die Parameterwerte des Modells. Auf diese Weise kann man z. B. die Energieabsorption eines Dämpfers optimieren, ohne zahlreiche und aufwendige Messungen wiederholen zu müssen.		Mit Modellsimulationen kann man auf sehr effiziente Weise ein Experiment variieren. Man wiederholt Simulationen und ändert nur die Parameterwerte des Modells. Auf diese Weise kann man z. B. die Energieabsorption eines Dämpfers optimieren, ohne zahlreiche und aufwendige Messungen wiederholen zu müssen.

	Stellen Sie sich nun selbst eine einfache Optimierungsfrage im Zusammenhang mit Ihrem Experiment, variieren Sie die Parameterwerte und geben Sie so eine überzeugende Antwort auf Ihre Frage.		Stellen Sie sich nun selbst eine einfache Optimierungsfrage im Zusammenhang mit Ihrem Experiment, variieren Sie die Parameterwerte und geben Sie so eine überzeugende Antwort auf Ihre Frage. An Stelle einer Optimierung können Sie auch den Einfluss eines Parameters untersuchen. Beispiel: Wie wirkt sich die Masse des stossenden Wagens auf die Deformationstiefe des Stosselements aus?

	==Dokumentation Ihrer Arbeit==		==Dokumentation Ihrer Arbeit==

Thomas Rüegg: /* Optimierungssimulationen */

2012-08-20T12:37:18Z

Optimierungssimulationen

← Nächstältere Version		Version vom 20. August 2012, 12:37 Uhr
Zeile 71:		Zeile 71:
	Mit Modellsimulationen kann man auf sehr effiziente Weise ein Experiment variieren. Man wiederholt Simulationen und ändert nur die Parameterwerte des Modells. Auf diese Weise kann man z. B. die Energieabsorption eines Dämpfers optimieren, ohne zahlreiche und aufwendige Messungen wiederholen zu müssen.		Mit Modellsimulationen kann man auf sehr effiziente Weise ein Experiment variieren. Man wiederholt Simulationen und ändert nur die Parameterwerte des Modells. Auf diese Weise kann man z. B. die Energieabsorption eines Dämpfers optimieren, ohne zahlreiche und aufwendige Messungen wiederholen zu müssen.

	Stellen Sie sich nun selbst eine Optimierungsfrage im Zusammenhang mit Ihrem Experiment, variieren Sie die Parameterwerte und geben Sie so eine überzeugende Antwort auf Ihre Frage.		Stellen Sie sich nun selbst eine einfache Optimierungsfrage im Zusammenhang mit Ihrem Experiment, variieren Sie die Parameterwerte und geben Sie so eine überzeugende Antwort auf Ihre Frage.

	==Dokumentation Ihrer Arbeit==		==Dokumentation Ihrer Arbeit==

Thomas Rüegg am 20. August 2012 um 12:36 Uhr

2012-08-20T12:36:35Z

← Nächstältere Version		Version vom 20. August 2012, 12:36 Uhr
Zeile 48:		Zeile 48:

	Reibung zwischen Wagen und Bahn, Luftwiderstand sowie eine allfällig vorhandene und nicht korrigierbare Neigung der Bahn sind adäquat nachzubilden.		Reibung zwischen Wagen und Bahn, Luftwiderstand sowie eine allfällig vorhandene und nicht korrigierbare Neigung der Bahn sind adäquat nachzubilden.

⚫	==Optimierungssimulationen==

⚫	Mit Modellsimulationen kann man auf sehr effiziente Weise ein Experiment variieren. Man wiederholt Simulationen und ändert nur die Parameterwerte des Modells. Auf diese Weise kann man z. B. die Energieabsorption eines Dämpfers optimieren, ohne zahlreiche und aufwendige Messungen wiederholen zu müssen.

⚫	Stellen Sie sich nun selbst eine Optimierungsfrage im Zusammenhang mit Ihrem Experiment, variieren Sie die Parameterwerte und geben Sie so eine überzeugende Antwort auf Ihre Frage.

	==Messungen==		==Messungen==
Zeile 72:		Zeile 66:
	Wiederholen Sie nun die Simulation mit Ihrem validierten Modell und stellen Sie alle aussagekräftigen, dynamischen Grössen (Geschwindigkeit, Position, Impulsstrom, …) in Diagrammen dar. Es versteht sich von selbst, dass auch nicht direkt messbare Grössen, wie [[Prozessleistung]], [[zugeordneter Energiestrom]], Impulsaustausch zwischen Wagen und Bahn ([[Gleitreibung]]) oder [[Luftwiderstand]] gezeigt werden können.		Wiederholen Sie nun die Simulation mit Ihrem validierten Modell und stellen Sie alle aussagekräftigen, dynamischen Grössen (Geschwindigkeit, Position, Impulsstrom, …) in Diagrammen dar. Es versteht sich von selbst, dass auch nicht direkt messbare Grössen, wie [[Prozessleistung]], [[zugeordneter Energiestrom]], Impulsaustausch zwischen Wagen und Bahn ([[Gleitreibung]]) oder [[Luftwiderstand]] gezeigt werden können.
	Zur Kontrolle können auch Eingabefunktionen wie etwa die Kraft-Weg-Kennlinie abgebildet werden. Das Verhalten dynamischer Systeme lässt sich auch im [[Phasenraum]] (Impuls gegen Position) visualisieren.		Zur Kontrolle können auch Eingabefunktionen wie etwa die Kraft-Weg-Kennlinie abgebildet werden. Das Verhalten dynamischer Systeme lässt sich auch im [[Phasenraum]] (Impuls gegen Position) visualisieren.

		⚫	==Optimierungssimulationen==

		⚫	Mit Modellsimulationen kann man auf sehr effiziente Weise ein Experiment variieren. Man wiederholt Simulationen und ändert nur die Parameterwerte des Modells. Auf diese Weise kann man z. B. die Energieabsorption eines Dämpfers optimieren, ohne zahlreiche und aufwendige Messungen wiederholen zu müssen.

		⚫	Stellen Sie sich nun selbst eine Optimierungsfrage im Zusammenhang mit Ihrem Experiment, variieren Sie die Parameterwerte und geben Sie so eine überzeugende Antwort auf Ihre Frage.

	==Dokumentation Ihrer Arbeit==		==Dokumentation Ihrer Arbeit==

Thomas Rüegg: /* Simulation */

2012-08-20T12:34:28Z

Simulation

← Nächstältere Version		Version vom 20. August 2012, 12:34 Uhr
Zeile 49:		Zeile 49:
	Reibung zwischen Wagen und Bahn, Luftwiderstand sowie eine allfällig vorhandene und nicht korrigierbare Neigung der Bahn sind adäquat nachzubilden.		Reibung zwischen Wagen und Bahn, Luftwiderstand sowie eine allfällig vorhandene und nicht korrigierbare Neigung der Bahn sind adäquat nachzubilden.

			==Optimierungssimulationen==
	==Simulation==

			Mit Modellsimulationen kann man auf sehr effiziente Weise ein Experiment variieren. Man wiederholt Simulationen und ändert nur die Parameterwerte des Modells. Auf diese Weise kann man z. B. die Energieabsorption eines Dämpfers optimieren, ohne zahlreiche und aufwendige Messungen wiederholen zu müssen.
	In erster Linie sind die Daten zu simulieren, die auch gemessen werden können. Direkt vergleichbare berechnete und gemessene Daten sind im gleichen Diagramm darzustellen.

			Stellen Sie sich nun selbst eine Optimierungsfrage im Zusammenhang mit Ihrem Experiment, variieren Sie die Parameterwerte und geben Sie so eine überzeugende Antwort auf Ihre Frage.
	Die Anpassung der Simulation an die Messung erfolgt auf zwei Ebenen, die klar gegeneinander abzugrenzen sind

	#[[Parameter]] und [[Kennlinien]] beschreiben das generelle Verhalten der einzelnen Elemente. Diese Grössen sollten, sobald sie einmal angepasst worden sind, von Simulationslauf zu Simulationslauf nicht mehr verändert werden. Typische Vertreter solcher Systemeigenschaften sind die Federkonstante und die Federkennlinie.
	#Anfangsbedingungen wie Startort und Anfangsgeschwindigkeit können sich von Versuch zu Versuch ändern und sind bei jeder Simulation neu zu setzen.

	Die Simulation ermöglicht auch die Darstellung von nicht direkt messbaren Grössen, wie [[Prozessleistung]], [[zugeordneter Energiestrom]], Impulsaustausch zwischen Wagen und Bahn ([[Gleitreibung]]) oder [[Luftwiderstand]].

	Zur Kontrolle können Eingabegrössen wie etwa eine Federkennlinie dargestellt werden.

	Das Verhalten dynamischer Syteme lässt sich auch im [[Phasenraum]] darstellen.

	==Messungen==		==Messungen==

Thomas Rüegg: /* Validierung */

2012-08-20T12:29:20Z

Validierung

← Nächstältere Version		Version vom 20. August 2012, 12:29 Uhr
Zeile 75:		Zeile 75:

	Für die Validierung und für weitere Simulationen muss das Modell parametriert werden. Diese Anpassung der Parameterwerte erfolgt auf zwei Ebenen:		Für die Validierung und für weitere Simulationen muss das Modell parametriert werden. Diese Anpassung der Parameterwerte erfolgt auf zwei Ebenen:
	1. Parameter und Kennlinien beschreiben das generelle Verhalten der einzelnen Elemente. Diese Grössen sollten, sobald sie einmal angepasst worden sind, von Simulationslauf zu Simulationslauf nicht mehr verändert werden. Typische Vertreter solcher Systemeigenschaften sind die Federkonstante und die Federkennlinie.		#[[Parameter]] und [[Kennlinien]] beschreiben das generelle Verhalten der einzelnen Elemente. Diese Grössen sollten, sobald sie einmal angepasst worden sind, von Simulationslauf zu Simulationslauf nicht mehr verändert werden. Typische Vertreter solcher Systemeigenschaften sind die Federkonstante und die Federkennlinie.
	2. Anfangsbedingungen wie Startort und Anfangsgeschwindigkeit können sich von Versuch zu Versuch ändern und sind bei jeder Simulation neu zu setzen.		#Anfangsbedingungen wie Startort und Anfangsgeschwindigkeit können sich von Versuch zu Versuch ändern und sind bei jeder Simulation neu zu setzen.
	Für die Validierung wählen Sie eine geeignete Messung (Beschleunigung, …) aus, setzen die Modellparameter und führen eine Simulation durch. Stellen Sie Simulations- und Messwerte der gemessenen Grösse im gleichen Diagramm dar, sodass man die Abweichungen zwischen ihnen visuell direkt erkennen kann. Bewerten Sie die Übereinstimmung innerhalb der Genauigkeitsgrenzen der Messergebnisse und erklären Sie eventuell vorhandene Abweichungen.		Für die Validierung wählen Sie eine geeignete Messung (Beschleunigung, …) aus, setzen die Modellparameter und führen eine Simulation durch. Stellen Sie Simulations- und Messwerte der gemessenen Grösse im gleichen Diagramm dar, sodass man die Abweichungen zwischen ihnen visuell direkt erkennen kann. Bewerten Sie die Übereinstimmung innerhalb der Genauigkeitsgrenzen der Messergebnisse und erklären Sie eventuell vorhandene Abweichungen.

	Wiederholen Sie nun die Simulation mit Ihrem validierten Modell und stellen Sie alle aussagekräftigen, dynamischen Grössen (Geschwindigkeit, Position, Impulsstrom, …) in Diagrammen dar. Es versteht sich von selbst, dass auch nicht direkt messbare Grössen, wie Prozessleistung, zugeordneter Energiestrom, Impulsaustausch zwischen Wagen und Bahn (Gleitreibung) oder Luftwiderstand gezeigt werden können.		Wiederholen Sie nun die Simulation mit Ihrem validierten Modell und stellen Sie alle aussagekräftigen, dynamischen Grössen (Geschwindigkeit, Position, Impulsstrom, …) in Diagrammen dar. Es versteht sich von selbst, dass auch nicht direkt messbare Grössen, wie [[Prozessleistung]], [[zugeordneter Energiestrom]], Impulsaustausch zwischen Wagen und Bahn ([[Gleitreibung]]) oder [[Luftwiderstand]] gezeigt werden können.
	Zur Kontrolle können auch Eingabefunktionen wie etwa die Kraft-Weg-Kennlinie abgebildet werden. Das Verhalten dynamischer Systeme lässt sich auch im Phasenraum (Impuls gegen Position) visualisieren.		Zur Kontrolle können auch Eingabefunktionen wie etwa die Kraft-Weg-Kennlinie abgebildet werden. Das Verhalten dynamischer Systeme lässt sich auch im [[Phasenraum]] (Impuls gegen Position) visualisieren.

	==Dokumentation Ihrer Arbeit==		==Dokumentation Ihrer Arbeit==

Thomas Rüegg: /* Validierung */

2012-08-20T12:25:58Z

Validierung

← Nächstältere Version		Version vom 20. August 2012, 12:25 Uhr
Zeile 74:		Zeile 74:
	==Validierung==		==Validierung==

			Für die Validierung und für weitere Simulationen muss das Modell parametriert werden. Diese Anpassung der Parameterwerte erfolgt auf zwei Ebenen:
	Wählen Sie eine geeignete Messung aus und validieren Sie Ihr Modell damit. Zeigen Sie die Übereinstimmung von Modellsimulation und Experiment innerhalb der Genauigkeitsgrenzen der Messergebnisse in einem Diagramm. Erklären Sie eventuell vorhandene Abweichungen.
			1. Parameter und Kennlinien beschreiben das generelle Verhalten der einzelnen Elemente. Diese Grössen sollten, sobald sie einmal angepasst worden sind, von Simulationslauf zu Simulationslauf nicht mehr verändert werden. Typische Vertreter solcher Systemeigenschaften sind die Federkonstante und die Federkennlinie.
			2. Anfangsbedingungen wie Startort und Anfangsgeschwindigkeit können sich von Versuch zu Versuch ändern und sind bei jeder Simulation neu zu setzen.
			Für die Validierung wählen Sie eine geeignete Messung (Beschleunigung, …) aus, setzen die Modellparameter und führen eine Simulation durch. Stellen Sie Simulations- und Messwerte der gemessenen Grösse im gleichen Diagramm dar, sodass man die Abweichungen zwischen ihnen visuell direkt erkennen kann. Bewerten Sie die Übereinstimmung innerhalb der Genauigkeitsgrenzen der Messergebnisse und erklären Sie eventuell vorhandene Abweichungen.
			Wiederholen Sie nun die Simulation mit Ihrem validierten Modell und stellen Sie alle aussagekräftigen, dynamischen Grössen (Geschwindigkeit, Position, Impulsstrom, …) in Diagrammen dar. Es versteht sich von selbst, dass auch nicht direkt messbare Grössen, wie Prozessleistung, zugeordneter Energiestrom, Impulsaustausch zwischen Wagen und Bahn (Gleitreibung) oder Luftwiderstand gezeigt werden können.
			Zur Kontrolle können auch Eingabefunktionen wie etwa die Kraft-Weg-Kennlinie abgebildet werden. Das Verhalten dynamischer Systeme lässt sich auch im Phasenraum (Impuls gegen Position) visualisieren.

	==Dokumentation Ihrer Arbeit==		==Dokumentation Ihrer Arbeit==

Thomas Rüegg: /* Experiment */

2012-08-20T12:23:10Z

Experiment

← Nächstältere Version		Version vom 20. August 2012, 12:23 Uhr
Zeile 64:		Zeile 64:
	Das Verhalten dynamischer Syteme lässt sich auch im [[Phasenraum]] darstellen.		Das Verhalten dynamischer Syteme lässt sich auch im [[Phasenraum]] darstellen.

	==~~Experiment~~==		==Messungen==

	~~Das~~ Datenerfassungs-System Labpro von Vernier (Logger, Sensoren und Software), ~~das hier verwendet wird,~~ erlaubt die Messung der Beschleunigungen (5 g ~~und~~ 25 g), der Impulsströme (~~bis~~ 50 N) und des Ortes (Ultraschall-Sensor oder Rotary Motion). Bestimmen Sie die zu messenden ~~Parameter~~ und treffen Sie eine geeignete Auswahl an Sensoren für Ihren Versuch.		Für zeitabhängige Messungen verwenden Sie das Datenerfassungs-System Labpro von Vernier (Logger, Sensoren und Software). Es erlaubt die Messung der Beschleunigungen (Messbereich 5 g oder 25 g), der Impulsströme (Messbereich 10 N oder 50 N) und des Ortes (Ultraschall-Sensor oder Rotary Motion). Bestimmen Sie die zu messenden Grössen und treffen Sie eine geeignete Auswahl an Sensoren für Ihren Versuch.

	Führen Sie nun den geplanten Stoss- oder Schwingungsprozess durch und erfassen Sie die Messdaten. Überlegen Sie, wie Sie mit allfälligen Messproblemen (zum Beispiel Drift von Sensoren) umgehen können.		Führen Sie nun den geplanten Stoss- oder Schwingungsprozess durch und erfassen Sie die Messdaten. Überlegen Sie, wie Sie mit allfälligen Messproblemen (zum Beispiel Drift von Sensoren) umgehen können. Messen Sie auch die zusätzlichen, im Modell benötigten Parameter und Kennlinien (wie zum Beispiel Reibung, Kraft-Weg-Gesetze). Sollten dafür separate experimentelle Aufbauten notwendig sein, ist die Gültigkeit der so gewonnenen Ergebnisse im Kontext des eigentlichen Versuchs zu diskutieren.
	Messen Sie auch die zusätzlichen im Modell benötigten Parameter und Kennlinien (wie zum Beispiel Reibung, Kraft-Weg-Gesetze). Sollten dafür separate experimentelle Aufbauten notwendig sein, ist die Gültigkeit der so gewonnen Ergebnisse im Kontext des eigentlichen Versuchs zu diskutieren.

	Im Gegensatz zu Modellen und Simulationen sind experimentelle Aufbauten sowie Messungen naturgemäss fehlerbehaftet. Versuchen Sie systematische Fehler in den Messungen (zum Beispiel nicht ausreichend gut nivellierte Bahnen) zu identifizieren und zu vermeiden und diskutieren ~~sie~~ die erreichte Genauigkeit der Messergebnisse.		Im Gegensatz zu Modellen und Simulationen sind experimentelle Aufbauten sowie Messungen naturgemäss fehlerbehaftet. Versuchen Sie systematische Fehler in den Messungen (zum Beispiel nicht ausreichend gut nivellierte Bahnen) zu identifizieren und zu vermeiden und diskutieren Sie die erreichte Genauigkeit der Messergebnisse.

	==Validierung==		==Validierung==

Thomas Rüegg: /* Aufgabenstellung */

2012-08-20T12:18:30Z

Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 20. August 2012, 12:18 Uhr
Zeile 5:		Zeile 5:
	==Aufgabenstellung==		==Aufgabenstellung==

	Das dynamische Verhalten von zwei bis drei Wagen oder Schlitten auf einer Rollbahn bzw. einer Linearführung ist zu modellieren~~, zu simulieren~~ und experimentell zu untersuchen. Dabei gehen Sie wie folgt vor:		Das dynamische Verhalten von zwei bis drei Wagen oder Schlitten auf einer Rollbahn bzw. einer Linearführung ist zu modellieren und experimentell zu untersuchen. Dabei gehen Sie wie folgt vor:

	#Vorbereitungsphase		#Vorbereitungsphase
Zeile 12:		Zeile 12:
	##Lastfälle definieren (Stoss, Mehrfachstoss, Schwingung, Anfangszustände, ...)		##Lastfälle definieren (Stoss, Mehrfachstoss, Schwingung, Anfangszustände, ...)
	#System mechanisch durch 3 Theorie-Bilder charakterisieren		#System mechanisch durch 3 Theorie-Bilder charakterisieren
	#System inklusive Energiebilanz modellieren ~~und simulieren~~		#System inklusive Energiebilanz modellieren
	#System sowie Stoss- oder Schwingungsvorgang experimentell untersuchen		#System sowie Stoss- oder Schwingungsvorgang experimentell untersuchen
	#Modell validieren		#Modell validieren

Thomas Rüegg: /* Experiment */

2011-10-27T12:58:53Z

Experiment

← Nächstältere Version		Version vom 27. Oktober 2011, 12:58 Uhr
Zeile 68:		Zeile 68:
	Das Datenerfassungs-System Labpro von Vernier (Logger, Sensoren und Software), das hier verwendet wird, erlaubt die Messung der Beschleunigungen (5 g und 25 g), der Impulsströme (bis 50 N) und des Ortes (Ultraschall-Sensor oder Rotary Motion). Bestimmen Sie die zu messenden Parameter und treffen Sie eine geeignete Auswahl an Sensoren für Ihren Versuch.		Das Datenerfassungs-System Labpro von Vernier (Logger, Sensoren und Software), das hier verwendet wird, erlaubt die Messung der Beschleunigungen (5 g und 25 g), der Impulsströme (bis 50 N) und des Ortes (Ultraschall-Sensor oder Rotary Motion). Bestimmen Sie die zu messenden Parameter und treffen Sie eine geeignete Auswahl an Sensoren für Ihren Versuch.

	Führen Sie nun den geplanten Stoss- oder Schwingungsprozess durch und erfassen Sie die Messdaten Überlegen Sie, wie Sie mit allfälligen Messproblemen (zum Beispiel Drift von Sensoren) umgehen können.		Führen Sie nun den geplanten Stoss- oder Schwingungsprozess durch und erfassen Sie die Messdaten. Überlegen Sie, wie Sie mit allfälligen Messproblemen (zum Beispiel Drift von Sensoren) umgehen können.
	Messen Sie auch die zusätzlichen im Modell benötigten Parameter und Kennlinien (wie zum Beispiel Reibung, Kraft-Weg-Gesetze). Sollten dafür separate experimentelle Aufbauten notwendig sein, ist die Gültigkeit der so gewonnen Ergebnisse im Kontext des eigentlichen Versuchs zu diskutieren.		Messen Sie auch die zusätzlichen im Modell benötigten Parameter und Kennlinien (wie zum Beispiel Reibung, Kraft-Weg-Gesetze). Sollten dafür separate experimentelle Aufbauten notwendig sein, ist die Gültigkeit der so gewonnen Ergebnisse im Kontext des eigentlichen Versuchs zu diskutieren.