IAM - Computational Materials Science

High Performance Materials Simulation and Data Science

Forschung

Großskaligen Simulation von Legierungen und Sinterprozessen mit der Phasenfeldmethode

Die Forschungsgruppe High Performance Materials Simulation and Data Science um Dr. Ing. Johannes Hötzer beschäftigt sich mit der großskaligen Simulation von Legierungen und Sinterprozessen mit der Phasenfeldmethode.

Die Anforderungen an innovative Bauteile erfordern Materialien mit definierten Eigenschaften. Diese hängen hängen von den chemischen Elemente sowie von der beim Herstellungsprozess entwickelten Mikrostruktur ab. Deshalb ermöglicht ein besseres Verständnis der Mikrostrukturentwicklung die Herstellung maßgeschneiderter Bauteile.

Um das HPC System möglichst effizient zu nutzen, werden hochoptimierte und vektorisierte Codes der Modelle in der Gruppe entwickelt. Die Simulationen laufen auf Hochleistungscomputern, wie am Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS) Stuttgart zu finden sind. Berechnet werden die Simulationen mit mehrere zehntausend Recheneinheiten mit den am Institut entwickelten, massiv parallelen Lösern Pace 3D und waLBerla.

Im Bereich der Legierungen  steht vor allem die Mikrostrukturentwicklung durch unterschiedliche Prozessparameter bei der gerichtete Erstarrung binärer (Al-Ag-Cu, Ni-Al-Cr, Ni-Al-Mo) und tenärer (Al-Ag-Cu, Ni-Al-Cr, Ni-Al-Moi, Ni-Zr) Eutektika, sowie das gekoppelte eutektisch-dendritische Wachstum im Fokus. Weiterhin beschäftigt sich die Gruppe mit dem Wachstum eutektischer Kolonien. Der Bereich Keramiken beschäftigt sich mit der Simulation des Festphasensinterns im Initalen und Mittleren Zustand sowie der Mikrostrukturenentwicklung im Endstadium des Sinterns unter dem Einfluss von Poren.

Zur Generierung von realistischen Mikrostrukturen  (zum Beispiel: Grünkörper mit definierter Dichte, Partikelgrößenverteilung und Partikelform) und zur Auswertung der großskaligen Simulationsergebnisse, beispielsweise bei der Entwicklung der Fasern bei der gerichteten Erstarrung, werden zudem verschiedene Werkzeuge in der Gruppe entwickelt.

Eutektische Wachstumsprozesse und deren Visualisierung

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