Forschungsfeld B

Moderne Mechanik von Mehrskalen- und Mehrfeldproblemen

… ist zentral für beinahe alle Felder der simulationsbasierten Ingenieurwissenschaften. Sie vereint Strukturen von den kleinsten Materialskalen bis hin zu großräumigen geologischen Strukturen in Physik, Chemie und Biologie.

Materialien in jedem Aggregatszustand

Ob fest, flüssig oder gasförmig – wir untersuchen Materialien in jedem Aggregatszustand. Um Materialien umfassend zu beschreiben, nutzen wir Verfahren aus der numerischen Mathematik. Dazu gehören zum Beispiel

  • die Finite-Elemente-Methode (FEM)
  • und die Diskrete-Elemente-Methode (DEM).

Materialien simulieren wir mit ihren physikalischen, chemischen und gegebenenfalls auch biologischen Eigenschaften.

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Es ist unser Ziel, komplexe Aufgaben in den Ingenieurwissenschaften zu lösen. Deshalb rechnen wir nur dort in den kleinsten Skalen, wo es für die jeweilige Fragestellung wichtig ist.

Um Prozesse von der Mikroskala (Molekular- und Partikelsimulation) in makroskopische Skalen zu übertragen, setzen wir mathematische Homogenisierungstechniken ein. Wir erarbeiten neue Formeln und vereinfachen und optimieren bereits vorhandene. Großskalige Werkstücke wie zum Beispiel eine Brücke mit einer Rissbildung können wir so besser und schneller als je zuvor beschreiben.

Es geht uns nicht nur darum, bestehende Materialien zu beschreiben und ihre Belastungsgrenzen kennen zu lernen. Mithilfe von Simulationen entwerfen wir am Computer auch neuartige Hightech-Materialien für zukünftige Anwendungen. Diese reichen von der Geo- und Biomechanik über die Medizin- und Umweltschutztechnik sowie das Bauingenieurwesen und den Maschinenbau bis zur Luft- und Raumfahrt. Prominente Beispiele sind extrem belastbare Brücken oder Leichtbaudächer für Flughäfen und andere Großanlagen.

Machbarkeitsstudien für das Einleiten klimaschädlicher Gase in tiefe Erdschichten profitieren ebenso von unseren Simulationen wie die Medizin. Wir simulieren zum Beispiel die Wirbelsäule mitsamt den umgebenden Muskeln, Sehnen und Bändern. Solche Arbeiten eröffnen neue Diagnose- und Therapieoptionen.

Koordinator Research Area B

Dieses Bild zeigt Ehlers
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.

Wolfgang Ehlers

Sprecher, Geschäftsführender Direktor, Koordinator Projektnetzwerk 4, Koordinator Research Area B