Wissen, wann’s kracht

Materialdesign: Multiskalen- und Mehrfeldsimulationen von Materialien

Um zu verstehen, wie ein Material auf extreme Bedingungen reagiert, um unbekannte Eigenschaften zu erfassen oder ein erwünschtes Materialverhalten zu designen, erstellen wir passende Modelle.

Der Werkstoff der Zukunft ist ein Alleskönner

Robuster, günstiger, energieeffizienter soll der Werkstoff der Zukunft sein. Er soll sich gleichzeitig intelligent an sich verändernde Umweltbedingungen anpassen. Solche sogenannten „smarten Materialien“ entwickeln ihre Anpassungsfähigkeit aus der Kombination mehrerer Funktionalitäten, wie zum Beispiel ihrer magnetischen, elektrischen oder Energie erzeugenden Eigenschaften.

 (c) SimTech

Ein prominentes Beispiel sind etwa Formgedächtnislegierungen. Solche Funktionsmaterialien können etwa ihre Viskosität durch magnetische Felder verändern, mechanische Spannung aus elektrischen Feldern erzeugen oder sich bei erhöhten Temperaturen dehnen. Viele der jüngsten technischen Errungenschaften, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder Medizin, hängen eng mit der Entwicklung neuartiger Materialien wie Keramiken, Polymeren oder bio-kompatiblen und hybriden Werkstoffen zusammen.

Modellierung ist der Schlüssel

Das Modellieren von Materialverhalten ist daher eine Schlüsselqualifikation, um zuverlässige Berechnungsmethoden für umfangreiche Untersuchungen technischer Einrichtungen und Verfahren aufzubauen. Im Gegensatz zur herkömmlichen, rein empirischen Beschreibung von Materialverhalten ist für das Design bisher unbekannter Eigenschaften ein tieferes Verständnis über die Bedeutung der Mikrostruktur der jeweiligen Materialien nötig. Demnach ist das Materialdesign im Wesentlichen mit den modernen Methoden der Multiskalenmodellierung sowie der Homogenisierung verbunden.

Virtuelles Testlabor

Wir betrachten hierarchische Bottom-Up- und Top-Down-Multiskalenansätze somit als eine zukünftige Schlüsseltechnologie der Simulation. Sie erlauben uns die Entwicklung und Modellierung von HighTech-Werkstoffen bei gleichzeitig quantitativer Zuverlässigkeit. Wir wollen wissensbasierte, rein virtuelle Testlabors aufbauen. Sie sollen in der Lage sein, Hybridwerkstoffe zu erstellen, indem sie Längen- und Zeitskala genauso überbrücken wie sie diskrete und Kontinuumsansätze gleichermaßen berücksichtigen.

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1-1
Modelladaptive Atomistik-Kontinuums-Kopplung für Multiskalensimulation von Metallen
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Manfred Bischoff
Mitarbeiter: Tobias Willerding
Institut für Baustatik und Baudynamik

1-2
Atomistische und mesoskopische Simulationen von Polyelektrolyten und Ionomeren
Projektleitung: Prof. Dr. Christian Holm
Mitarbeiter: N. N.
Institut für Computerphysik

1-3
Variationelle Multiphysik intelligenter Funktionsmaterialien

Projektleitung: JP Dr.-Ing. Marc-André Keip
Mitarbeiter: Dr.-Ing. Arun Raina
Institut für Mechanik (Bauwesen)

1-4
Rissbildung und Optimierung von Mikrostrukturen in komplexen Materialsystemen

Projektleitung: JP Dr.-Ing. Marc-André Keip
Mitarbeiter: Steffen Mauthe
Institut für Mechanik (Bauwesen)

1-5
Eine heterogene Mehrskalenmethode für martensitische Phasenübergänge

Projektleitung: Prof. Dr. Christian Rohde
Mitarbeiterin: Maria Wiebe
Institut für Angewandte Analysis und Numerische Simulation

1-6
Techniken zur Skalenüberbrückung von der atomaren Skala bis zum Kontinuum - Plastische Verformung von von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen und Mehrphasenstählen unter äußerer Belastung

Projektleitung: Prof. Dr. Siegfried Schmauder
Mitarbeiter: Dennis Rapp
Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre

1-7
Erweiterung und Gültigkeit von Mikro-Makro-Modellen

Projektleitung: Prof. Dr. Guido Schneider
Mitarbeiter: Markus Daub
Institut für Analysis, Dynamik und Modellierung

1-8
Multifeldidentifikation von Materialfehlern

Projektleitung: Prof. Dr. Bastian von Harrach
Mitarbeiter: Marcel Ullrich
Fachbereich Mathematik (Lehrstuhl für Optimierung und inverse Probleme)

1-9
Modellierung und Homogenisierung von nematischen flüssigkristallinen Elastomeren

Projektleitung: JP Dr.-Ing. Marc-André Keip
Mitarbeiter: Matthias Rambausek
Institut für Mechanik (Bauwesen)

1-10
N. N.

Projektleitung: JP Dr. Andrea Barth
Mitarbeiter: N. N.
Institut für Angewandte Analysis und Numerische Simulation

1-11
Entwicklung eines Modellsystems zur Erforschung der Eigenschaften magnetischer Gele

Projektleitung: Prof. Dr. Christian Holm
Mitarbeiter: Rudolf Weeber
Institut für Computerphysik

1-12 (abgeschlossen)
Multiskalige Simulationen von Metallen

Projektleitung: Prof. Dr. Siegfried Schmauder
Mitarbeiter:  David Molnar
Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre

1-13
Stochastische elliptische Gleichungen mit Lévy-Feldern
Projektleitung: JP Dr. Andrea Barth
Mitarbeiter: Dr. Ilja Kröker
Institut für Angewandte Analysis und Numerische Simulation

  • Materialforschung
  • Moderne Mechanik
  • Numerische Mechanik und Mathematik
  • Theoretische und Angewandte Physik

Koordinatoren PN 1

Dieses Bild zeigt Rohde
Prof. Dr. rer. nat.

Christian Rohde

Koordinator Projektnetzwerk 1, Koordinator Research Area D

Dieses Bild zeigt Keip
JP Dr.-Ing.

Marc-André Keip

Juniorprofessur für Computational Micromechanics and Material Design, Koordinator Projektnetzwerk 1