Materialwissenschaften und Mechanik

Präsentation zum Thema: "Materialwissenschaften und Mechanik"—  Präsentation transkript:

1 Materialwissenschaften und Mechanik
Projektbereich B Materialwissenschaften und Mechanik Hans-Rainer Trebin Institut für Theoretische und Angewandte Physik B Materialwissenschaften und Mechanik

2 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 B Materialwissenschaften und Mechanik

3 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) B Materialwissenschaften und Mechanik

4 B.1 Weit reichende Wechselwirkungen
System Metalle (Cu, Al, Nb) angrenzend an Metall-Oxide (Al2O3, SiO2) 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 Methode Problem Lösung B Materialwissenschaften und Mechanik

5 B.1 Weit reichende Wechselwirkungen
Al3+ O2- Nb B Materialwissenschaften und Mechanik

6 B.2 Bruch von Grenzflächen (Schmauder)
System (Ni,Al)/(Ni3Al, NiAl)- und (Al,Nb)/Al2O3-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 Methode Problem Lösung B Materialwissenschaften und Mechanik

7 B.2 Bruch von Grenzflächen (Schmauder)
Ni Al B Materialwissenschaften und Mechanik

8 B.3 Versagen granularer Packungen (Hilfer)
System 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 dfext/dt = kv). Messung in numerischen Experimenten. Skalenverhalten von Risslängen, fluidisierten Volumina, Perkolation von Bruchpfaden. Methode Problem Lösung B Materialwissenschaften und Mechanik

9 Blockierungs-diagramm
B.3 Versagen granularer Packungen (Hilfer) Blockierungs-diagramm B Materialwissenschaften und Mechanik

10 B.4 Bruch in Granulaten (Seifried, Eberhard)
System 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 Methode Problem Lösung B Materialwissenschaften und Mechanik

11 B.4 Bruch in Granulaten (Seifried, Eberhard)
B Materialwissenschaften und Mechanik

12 B.5 Laserablation (Roth, Trebin)
System 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 Methode Problem Lösung B Materialwissenschaften und Mechanik

13 B.5 Laserablation (Roth, Trebin)
B Materialwissenschaften und Mechanik

14 Wechselwirkungen im Projektbereich B
B.1 Weitrei-chende WW B Bruch von Grenz-flächen B.3 Versagen von Granulaten B Bruch von Granulaten B.5 Laserablation Molekular- (Partikel-) Dynamik Schädigung fester Körper Große Teilchenzahlen Lange Laufzeiten Datenanalyse durch Visualisierung B Materialwissenschaften und Mechanik

15 Wechselwirkungen im Projektbereich B
Kopplung an E-Feld (PPPM) B.1 Weitrei-chende WW B Bruch von Grenz-flächen B.3 Versagen von Granulaten B Bruch von Granulaten B.5 Laserablation Anbindung an Kohäsivzonen-modell (Multiskalenrechnungen) Kopplung an Temperaturfeld Atomistisch IMD potfit Metalle, Metalloxide B Materialwissenschaften und Mechanik

16 + Wechselwirkungen im Projektbereich B Granulate MOLDYN
B.1 Weitrei-chende WW B Bruch von Grenz-flächen B.3 Versagen von Granulaten B Bruch von Granulaten B.5 Laserablation Granulate MOLDYN Thema Granulate + A.3 Polydisperse Vielteilchen- systeme B Materialwissenschaften und Mechanik

17 Wechselwirkungen im Projektbereich B
B.1 Weitrei-chende WW B Bruch von Grenz-flächen B.3 Versagen von Granulaten B Bruch von Granulaten B.5 Laserablation Thema Bruch atomistisch ingenieurmäßig,Partikelform analytisch-statistisch,Partikelzahl B Materialwissenschaften und Mechanik

18 Anbindungen an andere Projektbereiche
MD-Simulationsprogramme B Materialwissenschaften und Mechanik

19 Anbindungen an andere Projektbereiche
Hybrid-Methoden B Materialwissenschaften und Mechanik

20 Anbindungen an andere Projektbereiche
Implementierung, Optimierung B Materialwissenschaften und Mechanik

21 Anbindungen an andere Projektbereiche
Visualisierung B Materialwissenschaften und Mechanik