IGTE Student Projects


Design of Experiment basierte Antennen-Optimierung

Eine Vielzahl von Antennenkenngrößen wie Antennengewinn, Directivity, Bandbreite, etc. wird durch die Geometrie, also dem Design der Antenne beeinflusst. Die Entwicklung und Optimierung dieses Antennendesigns mittels numerischer Simulationswerkzeuge ist Stand der Technik, speziell auf Basis von Parameterstudien die bei entsprechender Komplexität der Struktur zeit- und ressourcenintensiv sein können.
Das parallele Erstellen eines Ersatzmodells (Surrogate-model) ist in der Lage den Optimiervorgang signifikant zu beschleunigen und wurde in einem Python-basierten Framework bereits erfolgreich eingesetzt.
Ziel der Arbeit ist nun das bestehende Framework zu erweitern und auf eine gegebene Problemstellung aus dem Bereich der UHF-RFID anzuwenden. 
 

Kontakt: Thomas Bauernfeind

Kontakt: Eniz Museljic

Kontakt: Alice Reinbacher-Köstinger

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Finite element simulation of aortic diseases

Simulations of fluid flow and electrical parameters in case of an aortic dissection 

In case of an aortic disease (e.g. stenosis, aneurysm or dissection), the blood flow in the vessel changes due to the geometrical changes, which affect the blood conductivity variations. Bioimpedance measurement methods can detect these changes. Therefore, parameterized simulation models need to be implemented in the finite element software package OpenCFS to infer an aortic pathology from the measurements. Due to the multiphysical nature of the problem, the material properties of blood, that are provided from computational fluid dynamics (CFD) simulations, should be transferred to the model‘s domain in OpenCFS.

This project is part of the LEAD project “Mechanics, Modeling and Simulation of Aortic Dissection“ of TU Graz. You can benefit from an interdisciplinary and international project team, and there is a possibility of employment in the project.

Kontakt: Alice Reinbacher-Köstinger

Kontakt: Vahid Badeli

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Modellierung des Abstrahlverhaltens von Antennenstrukturen durch Multipol-Entwicklungen

Der Einsatz numerischer Simulationswerkzeuge zur Ermittlung des Abstrahlverhaltens von Antennen und Antennensystemen ist Stand der Technik. Aufgrund der Komplexität von modernen Antennenstrukturen, welche beispielsweise bei Mobilfunkgeräten zum Einsatz kommen, ergeben sich auch beim Einsatz leistungsstarken Rechner immer noch lange Rechenzeiten. Soll nun nicht nur eine Antennenstruktur sondern auch die Interaktion mehrerer abstrahlender Strukturen untersucht werden ergeben sich oft praktisch nicht mehr berechenbare Probleme. Die Idee ist nun die wesentlichen Eigenschaften des Abstrahlverhaltens einer Struktur durch einfache Multipol-Darstellungen zu beschreiben um so auch das Verhalten komplexerer System abschätzen zu können.

Kontakt: Thomas Bauernfeind

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Berechnen des Fernfeldverhaltens von Antennen anhand des Nahfeldes

Die sogenannte "Nearfield (NF) to Farfield (FF) transformation" ist eine Technik um vom Nahfeldverhalten um Antennen auf das Fernfeld zu schließen. Speziell in Messkammern kann aufgrund der beschränkten Platzverhältnisse oft das Fernfeldverhalten nicht einfach bestimmt werden, wodurch dies mit Näherungen aus Nahfeldmessungen geschieht. In dieser Arbeit sollen diese Techniken auf die numerische Simulation überführt werden um bei der Modellierung und Berechnung des Luftgebietes um Antennen wertvolle Rechenzeit zu sparen.
 

Kontakt: Thomas Bauernfeind

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Untersuchungen zu reaktiv geladenen Yagi-Uda-Antennen zur kontrollieren Steuerung des Abstrahlverhaltens

Yagi-Uda Antennen sind Antennen deren Abstrahlverhalten durch die geometrische Anordnung von typischerweise einem aktiven Antennenelement und mehreren passiven Elementen (sog. Reflektor und Direktoren) bestimmt werden. Die Längen der jeweiligen Elemente sowie deren Position ist hierbei maßgeblich für das Fernfeldverhalten der Antenne. Das hauptsächliche Einsatzgebiet solcher Antennen war bis dato in der terrestrischen Rundfunkübertragung sowie in der Radartechnik. Neuerdings werden jedoch auch hybride Konzepte im Bereich der RFID sowie von 5G-Anwendungen eingesetzt.
In der gegenständlichen Arbeit soll der Einfluss reaktiver Lasten an den passiven Elementen und deren Einfluss auf das Abstrahlverhalten untersucht werden.
 

Kontakt: Thomas Bauernfeind

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Implementierung/Erweiterung eines Optimierframeworks in MATLAB© oder Python

Das IGTE betreibt ein Framework zur numerischen Optimierung von technischen Systemen. Dieses Framework wird in der Forschung verwendet und laufend weiterentwickelt. Für die Erweiterung und Benchmarks dieses  Frameworks sind laufend studentische Arbeiten erwünscht. 
 

Kontakt: Eniz Museljic

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Extraktion von R/L/C Parametern aus Finite Elemente Feldmodellen

Die Finite Elemente Simulation von elektronischen Komponenten (aktiv als auch passiv) stellt an sich schon große Herausforderungen dar. Möchte man nun eine mehrere Komponenten im Verbund (z.B. IC‘s) simulieren und deren Wirkung untereinander, ist der Finite Elemente Ansatz oft nicht zielführend. Stattdessen möchte man z.B. aus einer FEM Simulation bestimmte Parameter extrahieren, um dann mit einem anderen Modell (z.B. Netzwerkmodell) weiterzurechnen.
In dieser Arbeit sollen Methoden erarbeitet werden, um anhand eines einfachen FEM Modells, die RLC Größen zu bestimmen. In weiterer Folge sollen diese Methoden auch in der Software openCFS angewandt werden.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Behandlung nichtlinearer ODEs im Frequenzbereich

Manche Problemstellungen können durch nichtlineare Übertragungsfunktionen beschrieben werden, im einfachsten Fall durch Potenzreihen. Oft ist man jedoch nur an Lösungen in einem (quasi)stationären Zustand interessiert, weshalb die Differenzialgleichung vorteilhafterweise im Frequenz- oder einem anderen Bildbereich gelöst werden soll.
Im Zuge dieser Arbeit soll die systemtheoretische Methode der Verwendung von „gedächtnisbehafteten“ Volterra Reihen GFRF (Generalized Frequency Response Functions) erarbeitet werden.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Nichtkonforme Finite Elemente Formulierung für rotierende Systeme

Den größten Zeitaufwand einer Finite Elemente Simulation stellt in den meisten Fällen die Netzgenerierung dar. Das Netz soll nur so fein sein wie nötig und so grob wie möglich. Speziell die Vernetzung von elektrischen Maschinen stellt oft ein Problem dar, da sich Stator und Rotor relativ zueinander bewegen.
Ziel dieser Arbeit ist es eine bereits vorhandene Formulierung für Nichtkonforme FEM derart anzupassen, dass eine rotatorische Relativbewegung zwischen zwei Netzen ermöglicht wird.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Modellierung von Eisenverlusten in Elektroblechen: Von der Empirik zur Physik

Diese Arbeit ist als Literaturrecherche angedacht, um einen allgemeinen Überblick über die Modellierung von Eisenverlusten in Elektroblechen zu bekommen. Diesbezüglich gibt es eine große Mannigfaltigkeit an formelmäßigen Modellen, welche von einfachen empirischen Modellen zu fundiert physikalisch begründeten reichen. Ziel dieser Arbeit ist es, ein „optimales“ Modell zu finden, mit welchem die Eisenverluste eines geschichteten Transformatorkerns möglichst realitätsnah abgeschätzt werden können.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Erarbeitung von Hysteresemodellen für den Frequenzbereich

Hysteresemodelle als Materialmodell in Finite Elemente Simulationen sind immens rechenintensiv, weshalb sie zurzeit noch nicht für praktisch relevante Probleme verwendet werden können. In dieser Arbeit sollen Methoden erarbeitet werden, um Hysteresemodelle in den Frequenzbereich überführen zu können. Diese Methoden könnten einen entscheidenden Performance-Gewinn darstellen und den Einsatz in Anwendungen ermöglichen.

Kontakt: Klaus Roppert

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Finite Elemente Simulation von Dreiphasentransformatoren

Basierend auf dem periodischen Halbmodell eines Dreiphasentransformators, sollen effizienzsteigernde Maßnahmen (geringere Verluste) untersucht und simuliert werden. Einige dieser Möglichkeiten sind z.B. Veränderung des T-Stoß Winkels, Überlappungsbreite oder die Einführung von Schlitzen in den Blechen.
Ziel dieser Arbeit ist es, verschiedene Maßnahmen in der In-House FEM Software openCFS zu simulieren und die vielversprechendsten Maßnahmen auszuwählen, die einer genaueren Untersuchung unterzogen werden.
 

Kontakt: Klaus Roppert

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Optimization of nonlinear functions subject to nonlinear constraints

Im allgemeinen liegen bei vielen praktischen Optimierungsaufgaben Probleme vor, bei denen der optimale Punkt einer nichtlinearen Funktion unter Beachtung nichtlinearer Nebenbedingungen gefunden werden muss. Dafür werden oft fertige Funktionen aus Bibliotheken verwendet, deren grundsätzliche, komplexe Funktionsweise in dieser Arbeit beschrieben werden soll.
 

Kontakt: Christian Magele

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MSc - Berechnung eines nichtlinearen Netzwerkmodells

Die Verknüpfung eines elektrischen Schaltkreises mit einem nichtlinearen magnetischen Netzwerk soll näher untersucht werden. Die Eigenschaften der nichtlinearen Netzwerkelemente durch analytische Beziehungen sind gegeben. Methoden zur Lösung des nichtlinearen Problems sollen verglichen werden.
 

Kontakt: Werner Renhart

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