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
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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
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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)
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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
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B.1 Weit reichende Wechselwirkungen
Al3+
O2-
Nb
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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
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B.2 Bruch von Grenzflächen (Schmauder)
Ni
Al
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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
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B.3 Versagen granularer Packungen (Hilfer)
Blockierungs-diagramm
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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
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B.4 Bruch in Granulaten (Seifried, Eberhard)
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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
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B.5 Laserablation (Roth, Trebin)
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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
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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)
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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.3Polydisperse Vielteilchen-systeme
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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,Partikelformanalytisch-statistisch,Partikelzahl
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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
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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
Anbindungen an andere Projektbereiche
B Materialwissenschaften und Mechanik 20/21
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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
Anbindungen an andere Projektbereiche
B Materialwissenschaften und Mechanik 21/21
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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
Anbindungen an andere Projektbereiche