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Planungs- und Entwicklungsprojekte

Wir bieten verschiedene Planungs- und Entwicklungsprojekte an. Bei Interesse wenden Sie sich bitte an Harald Klimach.

Pfadoptimierungen mit Hilfe von Ameisen

Optimale Pfade zu finden stellt eine komplexe Aufgabe dar, die aber eine wichtige Bedeutung hat und beispielsweise in Navigationssystemen unabdingbar sind. In diesem Projekt soll ein Pfadfindungsalgorithmus mit Ameisen implementiert werden. Ameisen stellen dabei einfache Agenten dar, die nur aufgrund ihrer lokalen Umgebung agieren. Dieser Ansatz hat die Attraktivität sehr einfache Bausteine zu verwenden und dennoch die Lösung für ein komplexes Problem finden zu können. Dies ergibt sich durch das Zusammenspiel vieler solcher einfacher Bausteine.

Aus Steven Johnson: Emergence, The Connected Lives of Ants, Brains, Cities and Software

Die zu erstellende Anwendung soll es dem Benutzer erlauben, einen Start und einen Endpunkt, so wie ein Gelände mit Hindernissen beziehungsweise Wegen vorzugeben, durch welches ein Weg gefunden werden soll.

Zu bearbeitende Aufgaben

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Erstellung eines Plans zur Umsetzung der Aufgabenstellung und Wahl geeigneter Softwarekomponenten
  • Implementierung der Anwendung
  • Erprobung verschiedener Algorithmen und Strategien
  • Möglicherweise Ausbau der Benutzeroberfläche und Funktionalitäten

Erstellung eines Asteroiden-Spiels mit Simulation von Gravitation

Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Simulation von Massepunkten und ihrer Wechselwirkung durch Schwerkraft. Diese Simulation soll in einem Spiel verarbeitet werden in dem der Spieler auf einem Massepunkt sitzt und sich bewegende Asteroiden zerstören soll.

Das zu erstellende Spiel soll die Gravitation im Mehrkörpersystem in 2D simulieren. Sowohl der Massepunkt des Spielers als auch alle anderen Massen sollen sich physikalisch bewegen, und der Spieler soll andere Objekte durch Laserstrahlen, also Geraden in kleinere Teile aufbrechen können.

Zu bearbeitende Aufgaben

  • Einarbeitung in die Thematik (Numerik der gewöhnlichen Differentialgleichungen)
  • Erarbeitung eines Lastenheftes für das fertige Programm
  • Entwicklung eines Konzeptes zur Lösung der Aufgabenstellung in der PEP Gruppe, dies umfasst auch die Wahl von geeigneten Hilfsmitteln zur Erfüllung des Lastenheftes
  • Programmentwurf
  • Programmentwicklung
  • Validierung des erstellten Programmes, eventuell Revision oder Erweiterung

Evaluation einer Lochblendenströmung

Bei der Durchströmung von Bauteilen wie Ventilen ist eine Erfassung verschiedener Kenngrößen wichtig für die Auslegung. Um diese zu erfassen gibt es entsprechende Richtlinien. Die einfachste Variante einer Durchflussregulierung besteht aus einer Lochblende.

Ein solcher Testfall kann auch zur Validierung von numerischen Berechnungsverfahren herangezogen werden. So lässt numerisch der Durchflusskoeffizient bestimmen, für den es auch empirische Referenzmodelle, wie die Reader-Harris/Gallagher Gleichung gibt. Diese haben auch Eingang in die Normung gefunden, beispielsweise in der ISO 5167-2.

(Siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Messblende)

Mit Hilfe einer numerischen Simulation dieser gut untersuchten Geometrie lässt sich zum einen der Löser selbst validieren, zum anderen auch die Kenngrößen für andere Geometrien oder Bereiche außerhalb der Grenzwerte der empirischen Gleichungen bestimmen.

In diesem Projekt soll es darum gehen, die Lochblendendurchströmung zu einem Benchmark auszuarbeiten, mit dem verschiedene Löser verglichen werden können, und Simulationen mit dem, am STS entwickelten, Löser Ateles durchzuführen. Ziel ist dabei insbesondere auch die Validierung der Wandmodellierung in Ateles.

Zu bearbeitende Aufgaben

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Definition des CFD-Testfalls
  • Aufsetzen der Simulationen in Ateles
  • Berechnungen und Vergleich mit empirischen Formeln
  • Untersuchung der Lösungsqualität

Erstellen eines pixelbasierten robusten 2D Strömungslösers

Im Rahmen dieses Projektes soll ein einfacher robuster Strömungslöser erstellt werden, der die Simulation und Darstellung einer einfachen Strömung ermöglicht. Dabei soll die Diskretisierung den darzustellenden Pixeln entsprechen (jedes Pixel entspricht einer Zelle des Strömungsgitters). Durch ein eine Bitmaske (Schwarz-Weiß), die gemalt werden kann, soll der Benutzer in der Lage sein beliebige Objekte umströmen zu lassen.

Die verschiedenen Zustandsvariablen der Strömung sollen dann in einer Falschfarbenskala direkt angezeigt werden.

Zu bearbeitende Aufgaben

  • Einarbeitung in die Thematik (Anforderungen der numerischen Behandlung)
  • Auswahl einer geeigneten Methodik zur Lösung der Simulationsaufgabe, eine Methode zur robusten Simulation wird beispielsweise in http://www.intpowertechcorp.com/GDC03.pdf präsentiert.
  • Erstellung eines Plans zur Umsetzung der Aufgabenstellung und Wahl geeigneter Softwarekomponenten
  • Implementierung der Anwendung
  • Einfache Validierungen der Umsetzung
  • Möglicherweise Ausbau der Benutzeroberfläche und Funktionalitäten

Simulation einer 3D stationären Wirbel Lösung der reibungsfreien Strömungsgleichungen

Die Navier-Stokes Gleichungen, die die Physik der Strömungen beschreiben lassen sich im Allgemeinen nicht analytisch lösen. Allerdings gibt es ein paar spezielle Lösungen, die dazu verwendet werden können Strömungslöser zu validieren. Eine solche Lösung betrachtet eine Strömung entlang der Linien einer so genannten Hopf Fibration.

By Niles Johnson (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

In diesem Projekt geht es um die Simulation dieser Lösung mit Hilfe eines numerischen Strömungsprogramms. Ziel ist es dabei einen (oder mehrere) instationären Löser dieses Problem berechnen zu lassen, und zu prüfen wie gut die numerische Approximation diese Lösung auch über längere Zeiträume erhalten kann.

Zu bearbeitende Aufgaben

  • Einarbeitung in die Thematik (Anforderungen der numerischen Behandlung)
  • Auswahl einer geeigneten Methodik zur Lösung der Simulationsaufgabe
  • Einarbeitung in die ausgewählten Simulationswerkzeuge
  • Aufsetzen der Anfangsbedingung gemäß der analytischen Lösung
  • Durchführung der Simulationen (auf dem Universitätscluster Horus)
  • Auswertung der Simulationsergebnisse
  • Möglicherweise Verfeinerungen und weitere Berechnungen