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Studentische Arbeiten

Die Mitarbeiter des Franzius-Instituts suchen fortlaufend Studenten für die Bearbeitung von Studien- und Abschlussarbeiten. Hierbei decken die Themen meist das gesamte Spektrum an Forschungsbereichen innerhalb der derzeit von den Mitarbeitern behandelten Projekte ab. Ideen zu eigenen Themen und konkreten Aufgabenstellungen sind ebenfalls herzlich willkommen.

Aufgrund der ständig wechselnden Themenvorschäge und Aufgabenstellungen durch die Betreuer erfolgt an dieser Stelle nur die Auflistung einer Auswahl von Einzelthemen für studentische Arbeiten.

Bei Interesse zu weiteren Themen, meldet Euch bitte per Email bei Dipl.-Ing. Christian Jordan. Zu konkreten Forschungsbereichen können natürlich auch die jeweiligen bearbeitenden wissenschaftlichen Mitarbeiter des Instituts angesprochen werden.

Abkürzungen:

  • Projektarbeit (PA)
  • Studienarbeit / Seminararbeit (SA)
  • Diplomarbeit (DA)
  • Bachelorarbeit (BA)
  • Masterarbeit (MA)

Themenvorschläge

Untersuchung der Vegetationsentwicklung und der Widerstandskraft von ökologischen Deckwerken unter Wellenbelastung (PA, BA, SA)

Im Rahmen des Forschungsprojekts EcoDike soll der ökosystemare Wert von Deichen verbessert werden. Das Ludwig-Franzius-Institut übernimmt dabei die Entwicklung innovativer Monitoringtechniken mittels großskaliger Modellversuche.

In der Arbeit soll eine Literaturrecherche zu bisherigen Modellversuchen mit echten Grasdeckwerken durchgeführt werden. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen soll die notwendige Messtechnik zur Beurteilung der Vegetationsentwicklung und der Widerstandskraft von ökologischen Deckwerken entwickelt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden idealerweise in den anstehenden großskaligen Modellversuchen umgesetzt. Deren Durchführung und Auswertung bieten Möglichkeiten für aufbauende Bachelor- oder Masterarbeiten.

Ansprechpartner: Jochen Michalzik (M. Sc.)

Herstellung von Hochwasserschutzanlagen unter Wasser (MA)

Bauwerke (Häfen, Kajen) und Anlagen (Wellenbrecher, Deckwerke) im Küstenbereich oder unter Einfluss der Tide werden häufig unter schwierigen klimatischen Randbedingungen (Wind, Welle, Eis) herstellt. Ein entscheidender Faktor für die Qualität der Anlage ist die Genauigkeit, mit der die Baggerung für das Planum durchgeführt wird, und wie nachfolgend der Einbau der Filter (Kornfilter oder geotextiler Filter) und der Schüttsteine erfolgt. Die Anforderungen an die Ausführung werden zumeist in Planungs- und Bauverträgen geregelt. Diese Anforderungen orientieren sich in der Regel an den Erfordernissen des Bauwerkes. Darüber hinaus sind zahlreiche Anforderungen und Qualitätsmerkmale sowohl beim Einbau als auch bei den Materialanforderungen in Richtlinien und Normen geregelt. Neben den Anforderungen an die Funktionalität der Anlage berücksichtigen die Vorgaben in den Normen teilweise nicht die Randbedingungen vor Ort, stehen im Widerspruch zueinander oder führen zu unwirtschaftlichen Bauweisen.

WK Consult bietet in diesem Zusammenhang eine Masterarbeit zum Thema: "Herstellung von Hochwasserschutzanlagen unter Wasser (Steinschüttungen) unter Berücksichtigung der Genauigkeitsanforderungen der Normen und Richtlinien und die messtechnische Erfassung dieser Anlagen".

Im Rahmen der Arbeit sollen auf Basis von Erfahrungen des Baus der "Maasvlakte 2" und aktuellen Projekten aus Norddeutschland Erkenntnisse hinsichtlich Aspekten der Konstruktion, der Zusammenhänge aufeinanderfolgender Bauphasen und der Vermessung aufgezeigt werden sowie Handlungsempfehlungen abgeleitet werden.

Bei Interesse melden Sie sich bitte, sodass wir Ihnen die entsprechenden Kontaktdaten weiterleiten können.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christian Jordan

CFD-Simulation von Offshore-Jacket-Strukturen und Bewertung des Seegangsverhaltens während der Installationsphase (MA)

Im Rahmen des Forschungsprojekts "TexBase" ist die Bewegungsantwort der Jacket-Konstruktion im Seegang zu simulieren. Als Werkzeug steht hierfür das CFD-Programm Ansys CFX zur Verfügung. Das Ergebnis der Arbeit dient der Bewertung der kranbasierten Installationsphase.

Bei "TexBase" handelt es sich um eine hexagonale Schwergewichtsgründung für OWEA durch sandgefüllte Geocontainer für mittlere Wassertiefen. Als projektiertes Einsatzgebiet dient die Nordsee.

Ansprechpartner: Tobias Kreklow (M. Eng.)

Kolkentwicklung und Kolkschutz

Bei generellen Interesse an den Themen Kolk, Kolkschutz oder Kolkentwicklung für eine studentische Arbeit bitte bei Dipl.-Ing. Alexander Schendel melden. Dieses Themengebiet bietet aktuell diverse Möglichkeiten einer studentischen Arbeit, auch über die unten genannten Themen hinaus.

Bemessung von Strömungsverhältnissen in offenen Fließgewässern (BA)

In Zusammenarbeit mit einem Industriepartner soll ein anwendungsorientiertes Matlab-Tool zur Bestimmung vollständiger Geschwindigkeitsprofile sowie gemittelten Strömungsparametern erstellt werden. In Abhängigkeit verschiedener Randbedingungen, u. a. Fließquerschnitt, Sohlgefälle, Sohlrauheit, sollen mehrere empirische Ansätze zur Ermittlung von Strömungsgeschwindigkeiten gegenübergestellt werden. Im Zusammenspiel mit vor Ort durchgeführten Strömungsmessungen soll das Matlab-Tool eine verlässliche Vorhersage zur erwartender und maßgebender Strömungszustände erlauben. Zudem soll ein Vergleich zu in Laborversuchen gemessenen Geschwindigkeitsprofilen durchgeführt werden, um den Einfluss vorhandener Modell - und Maßstabeffekte hinsichtlich der Übertragbarkeit auf Prototyp-Maßstab besser abschätzen zu können.

Vorkenntnisse in Matlab wäre für die Bearbeitung hilfreich.

 Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Schendel

Numerische Modellierung von Sedimenttransportprozessen mittels Reef3D (SA, MA)

Zur numerischen Modellierung von Sedimenttransportprozessen kommen verschiedene CFD-Verfahren zum Einsatz. Im Rahmen der Seminararbeit soll das CFD-Tool Reef3D und der implementierte Sedimenttransportansatz kennengelernt werden, die der Simulation zu Grunde legende Theorie unter Anleitung der Betreuer erarbeitet werden und erste Simulationen durchgeführt werden.

Im Rahmen einer hierdrauf aufbauenden Masterarbeit soll sich der Student mit der Kolkbildung an zylindrischen Pfeilerstrukturen beschäftigen.  Die Aufgabenstellung der Masterarbeit umfasst die Erstellung des numerischen Modells, die Untersuchung der Kolkentwicklung sowie ein Vergleich mit Messdaten aus physikalischen Modelluntersuchungen. 

 Ansprechpartner: M. Eng. Kim Mario WelzelDipl.-Ing. Alexander Schendel

 

Beispiel einer Simulation mit Reef3D

Numerische Modellierung von Fluid-Sediment-Interaktion mittels Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) (SA)

Zur numerischen Modellierung von Sedimenttransportprozessen kommen bisher gitterbasierte CFD-Verfahren zum Einsatz, die jedoch Nachteile bei der Modellierung sich mitbewegender Grenzflächen (z.B. zwischen Fluid und Sediment) aufweisen. Demgegenüber werden bei gitterlosen Verfahren, z.B. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), einzelne sich mit der Strömung mitbewegende Partikel simuliert. Aufgrund der Unterschiede in der Diskretisierung verspricht die SPH Methode entscheidende Vorteile gegenüber gitterbasierten Verfahren hinsichtlich der Simulation von freien Oberflächen und Deformation von Grenzflächen sowie der Simulation von Mehrphasenströmungen.

Im Rahmen der Seminararbeit sollen vom Studenten unter Anleitung des Betreuers die SPH Methode sowie verschiedene Schließungsmodelle untersucht und vorgestellt werden. Um den SPH Code DualSPHysicskennen zu lernen sind darauf aufbauend erste Simulationen durchzuführen.

Die Arbeit kann als Grundlage für eine darauf aufbauende, vertiefte MSc-Arbeit verwendet werden.

Ansprechpartner: M. Eng. Kim Mario Welzel

Simulation eines 2D Dammbruchs mit DualSPHysics

Kolkentwicklung infolge einer Überlagung von Wellen und Strömung (MA) und infolge multidirektionalem Seegangs (MA)

Offshore-Bauwerke in der Nordsee sind ständig sich ändernder Wellen- und Strömungsbedingungen ausgesetzt. Eine Veränderung der Strömungsverhältnisse kann eine unmittelbare Beschleunigung bzw. Verlangsamung der Kolkbildung zur Folge haben, sodass sich deutliche Schwankungen in der langzeitlichen Kolkentwicklung zeigen. Ein Ziel innerhalb des aktuellen Forschungsprojektes Gigawind life ist es daher, die Einflussfaktoren und deren Auswirkungen auf die langzeitliche Kolkentwicklung zu quantifizieren und damit eine wirtschaftlichere und zuverlässigere Bemessung von Offshore-Gründungsstrukturen zu gewährleisten.

Vor diesem Hintergrund sollen im Rahmen der Abschlussarbeiten hydraulische Modellversuche im 3D-Wellenbecken des Franzius-Institutes durchgeführt werden. Es stehen dabei zwei Aufgabenstellungen zur Verfügung. Die Erste umfasst die Untersuchung der Kolkentwicklung an einer Pfahlstruktur infolge der Überlagerung von Strömung und Wellen. Inhalt der zweiten Aufgabenstellung ist die Ermittlung der Kolkentwicklung infolge multidirektionalem Seegang. Für die Modellversuche ist eine Erfassung der zeitlichen sowie räumlichen Ausprägung des Kolkes mittels eines Kamerasystems und Laserabtastung vorgesehen. Die gewonnenen Daten sind anschließend auszuwerten und die Ergebnisse zu analysieren. Matlab Vorkenntnisse sind hierzu hilfreich.

Bearbeitung ab Januar 2017

 Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Schendel

Leistungsfähigkeit von Mischkornfiltern als Kolkschutz unter Wellenbelastung (BA)

Kolk- und Sohlsicheurng an Küsten- und Offshorebauwerken wird normalerweise durch mehrschichtige Kornfilter realisiert. Alternativ hierzu können einschichtige Mischkornfilter verwendet werden, die eine hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Bedingungen und Standorte aufweisen.

Zur Untersuchung der Stabilität von weitgestuften Mischkornfilter unter Wellenbelastung und der damit verbundenen Eignung als Kolkschutzsystem wurden physikalische Modellversuche im Großen Wellenkanal (GWK) durchgeführt. Die Modellversuche wurden in einem Modelmaßstab von 1:4 durchgeführt und beinhalteten die Erfassung der Kolkentwicklung an einer Monopile-Struktur. Zur detaillierten Bestimmung von Kolk- und Umlagerungsprozessen wurde erstmalig ein 3D-Laserscanner eingesetzt. Im Rahmen der Arbeit soll die zeitliche und räumliche Kolkentwicklung anhand der gesammelten Laserdaten vertieft ausgewertet werden. Dies beinhalten u.a. die Beschreibung des Versagens des aufgebrachten Kolkschutzes. Abschließend soll vom Studenten eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit des untersuchten weitgestuften Mischkornfilters als Kolkschutzsystem für Offshore-Strukturen erfolgen.

Die Bearbeitung und Auswertung erfolgt größtenteils mit Matlab, sodass entsprechende Vorkenntnisse hilfreich wären.

Bearbeitung ab März/April 2016.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Schendel

Studentische Arbeiten mit einem Boussinesq Ocean & Surf Zone model (SA,BA,MA)

Das Franzius-Institut unterstützt die Entwicklung des phasenauflösenden Boussinesq-Modell Boussinesq  Ocean  &  Surf  Zone  model (BOSZ) des International Research Institute of Disaster Science (IRIDeS) der Tohoku Universität, Sendai (Japan), und bietet daher potentiellen, engagierten Studenten die Möglichkeit sich in Form von studentischen Arbeiten in die Modellarbeit einzubringen. Dabei können sich die Studenten neben theoretischen Grundlagen auch in die gängigen Tools und mögliche Workflows für die Modellarbeit einarbeiten. Die Aufgaben können individuell an die bisherigen Erfahrungen des Studenten angepasst werden, sodass Vorkenntnisse in Numerik (und MatLab) wünschenswert wären, jedoch nicht vorausgesetzt sind.

Ansprechpartner: M.Sc. Gabriel David

Potential von ökosystembasierenden Küstenschutzmaßnahmen (PA,SA)

Im Kooperationsprojekt TWIN-SEA zwischen UNU-EHS (Bonn), LIPI-ICIAR (Jakarta - Indonesien) und Franzius-Insitut werden unter anderem neuartige, innovative, ökosystembasierende Alternativen zum Schutz von Küstenregionen untersucht und deren Anwendungspotential als Eco-DRR-Maßnahme (Ecological Disaster Risk Reduction) erörtert. Im Zuge des Projekts werden studentische Arbeiten im Umfang von Projekt- und Seminararbeiten vergeben.

Bachelorarbeiten können unter Umständen angeboten werden.

Ansprechpartner: M.Sc. Gabriel David

Küstenerosion Indien (MA)

DB Sediments GmbH bietet eine Masterarbeit zum Thema „Fehlender Feststofftransport an der Westküste Indiens im Zusammenhang zur Küstenerosion“. Im Rahmen der Arbeit sollen historische und aktuelle Satellitenbilder ausgewertet und bewertet werden und anschließend geeignete Gegenmaßnahmen entwickelt werden.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christian Jordan

Auswertung von PIV-Messungen an Zylinder-Strukturen (MA)

Meerestechnische Konstruktionen bestehen häufig aus Fachwerken aus Stahlzylindern. An Verbindungselementen und Knoten können bei Umströmung dreidimensionale Variationen der bekannten Kármán-Wirbelstraßen entstehen. Um zusätzliche Strukturbelastungen durch Vibrations- und Resonanzeffekte zu vermeiden, ist es wichtig, die physikalischen Eigenschaften dieser 3D-Wirbel zu verstehen.

Aus Versuchen an der NTNU in Trondheim liegen PIV-Daten eines umfangreichen Messprogramms an Kreuz-, T- und Eckzylindermodellen vor. Diese Daten sollen mit dem kommerziellen Auswerteprogramm DaVis ausgewertet und analysiert werden.

Solide Kenntnisse in Matlab und Strömungsmechanik sind für die Bearbeitung hilfreich.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Jan Visscher

Numerische Untersuchung von Druckverteilungen und Wirbelablösungen an Strukturelementen (MA)

Mit CFD Modellen sollen die hydrodynamischen Verhältnisse beispielsweise an zylindrischen Strukturen untersucht und dabei Versuchsdaten gegenüber gestellt werden. Von besonderem Interesse sind hierbei Druckverteilungen auf die Strukturelemente und deren Einfluss auf das Strömungsfeld. Solide strömungsmechanische Kenntnisse werden voraus gesetzt und numerisches Vorwissen wäre vorteilhaft.


Ansprechpartner: Dr.-Ing. Arndt Hildebrandt