Forschungsfeld B: Moderne Mechanik von Mehrskalen- und Mehrfeldproblemen
Ob fest, flüssig oder gasförmig – SimTech untersucht Materialien in jedem Aggregatzustand. Die Forscher benutzen Verfahren aus der numerischen Mathematik wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) und die Diskrete-Elemente-Methode (DEM), um Materialien umfassend zu beschreiben. Sie werden mit ihren physikalischen, chemischen und ggf. auch biologischen Eigenschaften simuliert – so genau wie nötig und so schnell wie möglich.
Skalenübergreifendes Verständnis
Das ingenieurwissenschaftliche Ziel bei SimTech ist es, machbare Lösungen vorzuschlagen. Das heißt, es wird nur dort in kleinsten Skalen gerechnet, wo es für die jeweilige Fragestellung wichtig ist. Um Prozesse von der Mikroskala (Molekular- und Partikelsimulation) in makroskopische Skalen zu übertragen, setzen die Forscher mathematische Homogenisierungstechniken ein. Das SimTech-Team erarbeitet neue Formeln und vereinfacht und optimiert bereits vorhandene. Großskalige Werkstücke wie eine Brücke oder Prozesse wie eine Rissbildung darin können dadurch besser und schneller als je zuvor beschrieben werden.
Entwurf neuartiger Hightech-Materialien
Es geht aber nicht nur darum, bestehende Materialien zu beschreiben und ihre Belastungsgrenzen kennen zu lernen. Mithilfe von Simulationen werden am Computer auch neuartige Hightech-Materialien für zukünftige Anwendungen entworfen. 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.
Ein Frage der Machbarkeit
Machbarkeitsstudien für das Einleiten klimaschädlicher Gase in tiefe Erdschichten profitieren ebenso von SimTech-Simulationen wie die Medizin. SimTech-Forscher simulieren zum Beispiel die Wirbelsäule mitsamt den umgebenden Muskeln, Sehnen und Bändern. Solche Arbeiten eröffnen neue Diagnose- und Therapieoptionen.
SimTech-Projekte mit Bezug zu Research Area B gibt es in folgenden Projektnetzwerken: