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B Materialwissenschaften und Mechanik 1/21

Institut für Theoretische und Angewandte PhysikProf. Dr. H.-R. Trebin SFB 716

Hans-Rainer Trebin

Institut für Theoretische und Angewandte Physik

Materialwissenschaften und Mechanik

Projektbereich B



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



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.1 Weit reichende Wechselwirkungen

System

Methode

Problem

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

Lösung



B.1 Weit reichende Wechselwirkungen

Al3+

O2-

Nb



B.2 Bruch von Grenzflächen (Schmauder)

System

Methode

Problem

(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

Lösung



B.2 Bruch von Grenzflächen (Schmauder)

Ni

Al



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 dfext/dt = kv). Messung in numerischen Experimenten. Skalenverhalten von Risslängen, fluidisierten Volumina, Perkolation von Bruchpfaden.

Lösung



B.3 Versagen granularer Packungen (Hilfer)

Blockierungs-diagramm



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



B.4 Bruch in Granulaten (Seifried, Eberhard)



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



B.5 Laserablation (Roth, Trebin)



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








B.5 Laserablation

Atomistisch

IMD

potfit

Metalle, Metalloxide

Kopplung an E-Feld (PPPM)

Kopplung an Temperaturfeld

Anbindung an Kohäsivzonen-modell (Multiskalenrechnungen)








B.5 Laserablation

Granulate

MOLDYN

Thema Granulate

+A.3Polydisperse Vielteilchen-systeme








B.5 Laserablation

Thema Bruch

atomistisch

ingenieurmäßig,Partikelformanalytisch-statistisch,Partikelzahl



D.1

A.1 A.2 A.3 A.4 B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 C.1 C.2 C.3 C.4

D.2 D.3 D.4

MD-Simulationsprogramme

Anbindungen an andere Projektbereiche



D.1

A.1 A.2 A.3 A.4 B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 C.1 C.2 C.3 C.4

D.2 D.3 D.4

Hybrid-Methoden




D.1

A.1 A.2 A.3 A.4 B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 C.1 C.2 C.3 C.4

D.2 D.3 D.4

Implementierung, Optimierung




D.1

A.1 A.2 A.3 A.4 B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 C.1 C.2 C.3 C.4

D.2 D.3 D.4

Visualisierung


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