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Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik1/21 Hans-Rainer Trebin Institut für.

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1 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik1/21 Hans-Rainer Trebin Institut für Theoretische und Angewandte Physik Materialwissenschaften und Mechanik Projektbereich B

2 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik2/21 Projektbereich B Simulation der Materialschädigung unter mechanischer Belastung oder Laserbestrahlung Atomistische Systeme (Metalle, Metall-Oxide) und mesoskopische Systeme (granulare Medien) Molekulardynamik (synonym Partikeldynamik), möglichst viele Teilchen, möglichst lange Modellierung der Wechselwirkungen Optimierung der Algorithmen Datenanalyse, mit Visualisierung und statistischen Verfahren

3 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik3/21 Projekte des Bereichs B B.1 Molekulardynamik großer Systeme mit weit reichenden Wechselwirkungen (Trebin, Roth) B.2 Molekulardynamische Simulation des Bruchs von Metall/Keramik-Grenzflächen (Schmauder) B.3 Bruch und Versagen granularer Packungen (Hilfer) B.4 Untersuchung granularer Vorgänge unter Berücksichtigung von Teilchenbrüchen (Seifried, Eberhard) B.5 Molekulardynamiksimulation der Laserablation in Metallen (Roth, Trebin)

4 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik4/21 B.1 Weit reichende Wechselwirkungen System Methode Problem Metalle (Cu, Al, Nb) angrenzend an Metall-Oxide (Al 2 O 3, SiO 2 ) IMD: Molekulardynamik, potfit: Entwicklung effektiver Potenziale (EAM, Coulomb-, Dipol- etc.) aus Ab-initio-Daten. Spiegelladungen! Weit reichende Anteile der Wechselwirkung (von Coulomb-Potenzial der Ionen sowie Dipol-, Multipol- Wechselwirkung der deformierbaren O-Ionen). Skalierbarkeit der Algorithmen Weiterentwicklung der Algorithmen: Direkte Summation, Particle-Particle/Particle-Mesh. Optimierte Potenziale Metall/Oxid Lösung

5 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik5/21 B.1 Weit reichende Wechselwirkungen Al 3+ O 2- Nb

6 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik6/21 B.2 Bruch von Grenzflächen (Schmauder) System Methode Problem (Ni,Al)/(Ni 3 Al, NiAl)- und (Al,Nb)/Al 2 O 3 -Grenzflächen Molekulardynamik (IMD) mit MEAM- und B.1- Potenzialen, FEM-Kohäsivzonenmodelle Grenzflächenstruktur, Misfit-Versetzungen, Rissent- stehung und -entwicklung, Einfluss der Temperatur, Orientierung, Belastungsrate Ausgangsmodellierung verschieden indizierter Grenzflächen, Simulation von Gleichgewicht und Belastung, Visualisierung Lösung

7 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik7/21 B.2 Bruch von Grenzflächen (Schmauder) Ni Al

8 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik8/21 B.3 Versagen granularer Packungen (Hilfer) System Methode Problem Versagen granularer Packungen. Bruch spröder Festkörper Molekulardynamik und Skalen-Theorie der Phasenübergänge Ist Entfestigung (Verflüssigung, Bruch) unter langsam veränderter Belastung ein Phasenübergang? Eigenwert-, Eigenvektoranalyse der Steifigkeits- matrix k (mit df ext /dt = kv). Messung in numerischen Experimenten. Skalenverhalten von Risslängen, fluidisierten Volumina, Perkolation von Bruchpfaden. Lösung

9 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik9/21 B.3 Versagen granularer Packungen (Hilfer) Blockierungs- diagramm

10 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik10/21 B.4 Bruch in Granulaten (Seifried, Eberhard) System Methode Problem Polyhedrale, nichtkonvexe Granulate, zusammen- gesetzt aus Kugeln oder Polyedern Molekular- und Ereignisdynamik unter Kontakt- und bilateralen Kräften Wechselbelastung von Schotter: Bruch, Umlagerung, Verdichtung, Entmischungen, Setzung Simulation nach Verfeinerung von Nachbarschafts- suche, Kollisionserkennung, Zeitintegration Lösung

11 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik11/21 B.4 Bruch in Granulaten (Seifried, Eberhard)

12 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik12/21 B.5 Laserablation (Roth, Trebin) System Methode Problem Metalle unter hochintensiven, ultrakurzen Laserpulsen Molekulardynamik der Atomrümpfe unter Kopplung an ein separates Temperaturfeld für Elektronen Einkopplung der Laserenergie, Wärmeweiterleitung, Aufschmelzen, Auswurf der Materie Partikel-Simulation gekoppelt an ein Kontinuum, Datenanalyse mit Visualisierung Lösung

13 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik13/21 B.5 Laserablation (Roth, Trebin)

14 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik14/21 Wechselwirkungen im Projektbereich B B.1 Weitrei- chende WW B.2 Bruch von Grenz- flächen B.3 Versagen von Granulaten B.4 Bruch von Granulaten B.5 Laserablation Molekular- (Partikel-) Dynamik Schädigung fester Körper Große Teilchenzahlen Lange Laufzeiten Datenanalyse durch Visualisierung

15 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik15/21 Wechselwirkungen im Projektbereich B B.1 Weitrei- chende WW B.2 Bruch von Grenz- flächen B.3 Versagen von Granulaten B.4 Bruch von Granulaten B.5 Laserablation Atomistisch IMD potfit Metalle, Metalloxide Kopplung an E-Feld (PPPM) Kopplung an Temperaturfeld Anbindung an Kohäsivzonen- modell (Multiskalenrechnungen)

16 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik16/21 Wechselwirkungen im Projektbereich B B.1 Weitrei- chende WW B.2 Bruch von Grenz- flächen B.3 Versagen von Granulaten B.4 Bruch von Granulaten B.5 Laserablation Granulate MOLDYN Thema Granulate + A.3 Polydisperse Vielteilchen- systeme

17 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik17/21 Wechselwirkungen im Projektbereich B B.1 Weitrei- chende WW B.2 Bruch von Grenz- flächen B.3 Versagen von Granulaten B.4 Bruch von Granulaten B.5 Laserablation Thema Bruch atomistisch ingenieurmäßig,Partikelform analytisch-statistisch,Partikelzahl

18 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik18/21 D.1 A.1A.2A.3A.4B.1B.2B.3B.4B.5C.1C.2C.3C.4 D.2D.3D.4 MD-Simulationsprogramme Anbindungen an andere Projektbereiche

19 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik19/21 D.1 A.1A.2A.3A.4B.1B.2B.3B.4B.5C.1C.2C.3C.4 D.2D.3D.4 Hybrid-Methoden Anbindungen an andere Projektbereiche

20 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik20/21 D.1 A.1A.2A.3A.4B.1B.2B.3B.4B.5C.1C.2C.3C.4 D.2D.3D.4 Implementierung, Optimierung Anbindungen an andere Projektbereiche

21 Institut für Theoretische und Angewandte Physik Prof. Dr. H.-R. Trebin SFB 716 B Materialwissenschaften und Mechanik21/21 D.1 A.1A.2A.3A.4B.1B.2B.3B.4B.5C.1C.2C.3C.4 D.2D.3D.4 Visualisierung Anbindungen an andere Projektbereiche


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