Hans-Rainer Trebin Institut für Theoretische und Angewandte Physik

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

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

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

B.1 Weit reichende Wechselwirkungen • 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 System Methode Problem Lösung B Materialwissenschaften und Mechanik

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

B.2 Bruch von Grenzflächen (Schmauder) • (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 System Methode Problem Lösung B Materialwissenschaften und Mechanik

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

B.3 Versagen granularer Packungen (Hilfer) • 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. System Methode Problem Lösung B Materialwissenschaften und Mechanik

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

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

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

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

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

B.1 Weitrei-chende WW B.2 Bruch von Grenz-flächen B.5 Laserablation B.3 Versagen von Granulaten B.4 Bruch von Granulaten Wechselwirkungen im Projektbereich B • Molekular- (Partikel-) Dynamik • Schädigung fester Körper • Große Teilchenzahlen • Lange Laufzeiten • Datenanalyse durch Visualisierung B Materialwissenschaften und Mechanik

Kopplung an E-Feld (PPPM) Anbindung an Kohäsivzonen-modell (Multiskalenrechnungen) B.1 Weitrei-chende WW Kopplung an Temperaturfeld B.2 Bruch von Grenz-flächen B.5 Laserablation B.3 Versagen von Granulaten B.4 Bruch von Granulaten Wechselwirkungen im Projektbereich B • Atomistisch • IMD • potfit • Metalle, Metalloxide B Materialwissenschaften und Mechanik

B.1 Weitrei-chende WW B.2 Bruch von Grenz-flächen B.5 Laserablation B.3 Versagen von Granulaten A.3 Polydisperse Vielteilchen- systeme B.4 Bruch von Granulaten + Wechselwirkungen im Projektbereich B • Granulate • MOLDYN • Thema Granulate B Materialwissenschaften und Mechanik

B.1 Weitrei-chende WW B.2 Bruch von Grenz-flächen B.5 Laserablation atomistisch B.3 Versagen von Granulaten ingenieurmäßig,Partikelform B.4 Bruch von Granulaten analytisch-statistisch,Partikelzahl Wechselwirkungen im Projektbereich B Thema Bruch B Materialwissenschaften und Mechanik

Anbindungen an andere Projektbereiche 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.1 D.2 D.3 D.4 MD-Simulationsprogramme B Materialwissenschaften und Mechanik

Anbindungen an andere Projektbereiche 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.1 D.2 D.3 D.4 Hybrid-Methoden B Materialwissenschaften und Mechanik

Anbindungen an andere Projektbereiche 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.1 D.2 D.3 D.4 Implementierung, Optimierung B Materialwissenschaften und Mechanik

Anbindungen an andere Projektbereiche 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.1 D.2 D.3 D.4 Visualisierung B Materialwissenschaften und Mechanik

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