Microstructure – Mechanics

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Daniel Schneider, Dr.-Ing. Andreas Prahs, M.Sc. Simon Daubner

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Forschung

Die Forschungsgruppe „Microstructure – Mechanics“ untersucht die Wechselwirkungen zwischen mikrostrukturellen und mechanischen Einflussgrößen auf der mesoskopische Längenskala von Materialien. Einen entscheidenden Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften von Materialien haben sowohl die Evolution der Körner und Domänen, als auch die daraus resultierende heterogene Mikrostruktur. Daher ist das Verständnis dieser Mechanismen und möglicher Defekte unentbehrlich zur virtuellen Entwicklung von Materialien (Virtual-Materials-Design). Unter der Einbindung vornehmlich mechanischer, aber auch chemischer, thermischer und elektromagnetischer treibender Kräfte werden die physikalischen Prozesse an den Grenzflächen untersucht. Dies geschieht mittels der Phasenfeldmethode, welche mit numerischen Algorithmen gekoppelt ist. So können die Prozessparameter optimiert und somit die Produktionskosten gesenkt, effektive Materialeigenschaften optimiert oder neue Materialien entwickelt werden. Aktuelle Forschungsfragen beziehen sich auf den Rekristallisationsprozess, Fest-Fest-Phasenumwandlungsprozesse sowie auf elektrochemische Prozesse und die Rissausbreitung. Als Materialien werden Metalle, Faseverbundwerkstoffe, Lithium-Ionen-Batterien bzw. Piezo-Kristalle betrachtet.

Projektteam
Name Tätigkeit
Daubner, Simon Gruppenleiter
Hoffrogge, Paul Wilhelm Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Kumar, Akash Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Liu, Xiaoying Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Mittnacht, Tobias wissenschaftlicher Mitarbeiter
Prahs, Andreas Gruppenleiter
Prajapati, Nishant Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Schneider, Daniel Gruppenleiter
Schöller, Lukas Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Späth, Michael Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Streichhan, Nick wissenschaftlicher Mitarbeiter
4 weitere Personen sind nur innerhalb des KIT sichtbar.
Assoziierte Mitglieder des Projektteams
Name Tätigkeit
Ahmad, Momin Akademischer Mitarbeiter
Hirshikesh, Hirshikesh Wissenschaftlicher Mitarbeiter
2 weitere Personen sind nur innerhalb des KIT sichtbar.

Publikationen


2021
Simulating mechanical wave propagation within the framework of phase-field modelling.
Liu, X.; Schneider, D.; Daubner, S.; Nestler, B.
2021. Computer methods in applied mechanics and engineering, 381, Article: 113842. doi:10.1016/j.cma.2021.113842
Phase-field formulation of a fictitious domain method for particulate flows interacting with complex and evolving geometries.
Reder, M.; Schneider, D.; Wang, F.; Daubner, S.; Nestler, B.
2021. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 93 (8), 2486–2507. doi:10.1002/fld.4984
Morphological stability of three-dimensional cementite rods in polycrystalline system : A phase-field analysis.
Mittnacht, T.; Kubendran Amos, P. G.; Schneider, D.; Nestler, B.
2021. Journal of materials science & technology, 77, 252–268. doi:10.1016/j.jmst.2020.11.019
Effect of conductivity on the electromigration-induced morphological evolution of islands with high symmetries of surface diffusional anisotropy.
Santoki, J.; Mukherjee, A.; Schneider, D.; Nestler, B.
2021. Journal of applied physics, 129 (2), Ar. Nr.: 025110. doi:10.1063/5.0033228
Computational determination of macroscopic mechanical and thermal material properties for different morphological variants of cast iron.
Herrmann, C.; Schmid, S.; Schneider, D.; Selzer, M.; Nestler, B.
2021. Metals, 11 (10), 1588. doi:10.3390/met11101588
Phase-Field Model for the Simulation of Brittle-Anisotropic and Ductile Crack Propagation in Composite Materials.
Herrmann, C.; Schneider, D.; Schoof, E.; Schwab, F.; Nestler, B.
2021. Materials, 14 (17), Art.-Nr.: 4956. doi:10.3390/ma14174956
Effect of tortuosity, porosity, and particle size on phase-separation dynamics of ellipsoid-like particles of porous electrodes: Cahn-Hilliard-type phase-field simulations.
Santoki, J.; Daubner, S.; Schneider, D.; Kamlah, M.; Nestler, B.
2021. Modelling and simulation in materials science and engineering. doi:10.1088/1361-651X/ac11bc
Multiphase-field model for surface diffusion and attachment kinetics in the grand-potential framework.
Hoffrogge, P. W.; Mukherjee, A.; Nani, E. S.; Amos, P. G. K.; Wang, F.; Schneider, D.; Nestler, B.
2021. Physical review / E, 103 (3), Article no: 033307. doi:10.1103/PhysRevE.103.033307
Multiphase-field modeling of spinodal decomposition during intercalation in an Allen-Cahn framework.
Daubner, S.; Kubendran Amos, P. G.; Schoof, E.; Santoki, J.; Schneider, D.; Nestler, B.
2021. Physical review materials, 5 (3), Article no: 035406. doi:10.1103/PhysRevMaterials.5.035406
2020
Influence of stress-free transformation strain on the autocatalytic growth of bainite: A multiphase-field analysis.
Schoof, E.; Kubendran Amos, P. G.; Schneider, D.; Nestler, B.
2020. Materialia, 9, Article: 100620. doi:10.1016/j.mtla.2020.100620
Phase-inherent linear visco-elasticity model for infinitesimal deformations in the multiphase-field context.
Schwab, F. K.; Reiter, A.; Herrmann, C.; Schneider, D.; Nestler, B.
2020. Advanced modeling and simulation in engineering sciences, 7 (1), Art.-Nr.: 47. doi:10.1186/s40323-020-00178-x
Multiphase-field modelling of crack propagation in geological materials and porous media with Drucker-Prager plasticity.
Späth, M.; Herrmann, C.; Prajapati, N.; Schneider, D.; Schwab, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2020. Computational geosciences, 25 (1), 325–343. doi:10.1007/s10596-020-10007-0
Brittle anisotropic fracture propagation in quartz sandstone: insights from phase-field simulations.
Prajapati, N.; Herrmann, C.; Späth, M.; Schneider, D.; Selzer, M.; Nestler, B.
2020. Computational geosciences, 24, 1361–1376. doi:10.1007/s10596-020-09956-3
2019
On the multiphase-field modeling of martensitic phase transformation in dual-phase steel using J2-viscoplasticity.
Schoof, E.; Herrmann, C.; Streichhan, N.; Selzer, M.; Schneider, D.; Nestler, B.
2019. Modelling and simulation in materials science and engineering, 27 (2), 025010. doi:10.1088/1361-651X/aaf980
Phase-Field Study of Electromigration-Induced Shape Evolution of a Transgranular Finger-Like Slit.
Santoki, J.; Mukherjee, A.; Schneider, D.; Selzer, M.; Nestler, B.
2019. Journal of electronic materials, 48 (1), 182–193. doi:10.1007/s11664-018-6619-5
"Automatisiertes mehrdirektionales Fahrwerksystem auf Basis radselektiver Radantriebe (OmniSteer)" : Schlussbericht zum Forschungsvorhaben.
Schneider, D.; Han, C.; Frey, M.; Rügamer, D.
2019. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.2314/KXP:1687318824
On the Volume-Diffusion Governed Termination-Migration Assisted Globularization in Two-Phase Solid-State Systems: Insights from Phase-Field Simulations.
Amos, P. G. K.; Schoof, E.; Schneider, D.; Nestler, B.
2019. Proceedings of the 1st International Conference on Numerical Modelling in Engineering – Volume 2: Numerical Modelling in Mechanical and Materials Engineering, NME 2018, 28-29 August 2018, Ghent University, Belgium. Ed.: M. Abdel Wahab, 47–63, Springer. doi:10.1007/978-981-13-2273-0_5
Phase-field analysis of quenching and partitioning in a polycrystalline Fe-C system under constrained-carbon equilibrium condition.
Kubendran Amos, P. G.; Schoof, E.; Streichan, N.; Schneider, D.; Nestler, B.
2019. Computational materials science, 159, 281–296. doi:10.1016/j.commatsci.2018.12.023
2018
Multiphase-field model of small strain elasto-plasticity according to the mechanical jump conditions.
Herrmann, C.; Schoof, E.; Schneider, D.; Schwab, F.; Reiter, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2018. Computational mechanics, 62 (6), 1399–1412. doi:10.1007/s00466-018-1570-0
Chemo-elastic phase-field simulation of the cooperative growth of mutually-accommodating Widmanstätten plates.
Kubendran Amos, P. G.; Schoof, E.; Schneider, D.; Nestler, B.
2018. Journal of alloys and compounds, 767, 1141–1154. doi:10.1016/j.jallcom.2018.07.138
Multiphase-field modeling of martensitic phase transformation in a dual-phase microstructure.
Schoof, E.; Schneider, D.; Streichhan, N.; Mittnacht, T.; Selzer, M.; Nestler, B.
2018. International journal of solids and structures, 134, 181–194. doi:10.1016/j.ijsolstr.2017.10.032
Correction to: Small strain multiphase-field model accounting for configurational forces and mechanical jump conditions.
Schneider, D.; Schoof, E.; Tschukin, O.; Reiter, A.; Herrmann, C.; Schwab, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2018. Computational mechanics, 61 (3), 297. doi:10.1007/s00466-017-1485-1
Small strain multiphase-field model accounting for configurational forces and mechanical jump conditions.
Schneider, D.; Schoof, E.; Tschukin, O.; Reiter, A.; Herrmann, C.; Schwab, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2018. Computational mechanics, 61 (3), 277–295. doi:10.1007/s00466-017-1458-4
Phase-field study of surface irregularities of a cathode particle during intercalation.
Santoki, J.; Schneider, D.; Selzer, M.; Wang, F.; Kamlah, M.; Nestler, B.
2018. Modelling and simulation in materials science and engineering, 26 (6), 065013. doi:10.1088/1361-651X/aad20a
On the globularization of the shapes associated with alpha-precipitate of two phase titanium alloys: Insights from phase-field simulations.
Kubendran Amos, P. G.; Schoof, E.; Schneider, D.; Nestler, B.
2018. Acta materialia, 159, 51–64. doi:10.1016/j.actamat.2018.08.009
2017
SecurePLUGandWORK – Abschlussbericht.
Schleipen, M.; Henßen, R.; Bischoff, T.; Pfrommer, J.; Sauer, O.; Schneider, D.; Jungbluth, F.; Flatt, H.; Barton, D.; Fleischer, J.; Bollhöfer, E.; Moll, C.; Lindauer, J.; Davis, R.; Baron, H.; Danner, T.; Hillerich, T.; Schmuck, C.; Blume, M.; Finster, S.; Fechner, A.; Tschepat, R.; Kazakov, D.; Kühbauch, R.; Klöblen, W.; Sproll, D.; Fellhauer, B.; Osswald, D.
2017. doi:10.5445/IR/1000133278
Concepts of modeling surface energy anisotropy in phase-field approaches.
Tschukin, O.; Silberzahn, A.; Selzer, M.; Amos, P. G. K.; Schneider, D.; Nestler, B.
2017. Geothermal Energy, 5 (1), Art.Nr. 19. doi:10.1186/s40517-017-0077-9
Simulation der martensitischen Transformation in polykristallinen Gefügen mit der Phasenfeldmethode.
Schoof, E.; Streichhan, N.; Schneider, D.; Selzer, M.; Nestler, B.
2017. Forschung aktuell, 13–16
2016
Evolution von Mikroporen in Kristallen mit hexagonaler Gitteranisotropie.
Schneider, D.; Langerome, B.; Selzer, M.; Reiter, A.; Nestler, B.
2016. Forschung aktuell, 36–38
Phasenfeldmodellierung mechanisch getriebener Grenzflächenbewegungen in mehrphasigen Systemen. Dissertation.
Schneider, D.
2016. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000066948
Calibration of a multi-phase field model with quantitative angle measurement.
Hötzer, J.; Tschukin, O.; Ben Said, M.; Berghoff, M.; Jainta, M.; Barthelemy, G.; Smorchkov, N.; Schneider, D.; Selzer, M.; Nestler, B.
2016. Journal of materials science, 51 (4), 1788–1797. doi:10.1007/s10853-015-9542-7
Phase-field modeling of crack propagation in multiphase Systems.
Schneider, D.; Schoof, E.; Huang, Y.; Selzer, M.; Nestler, B.
2016. Computer methods in applied mechanics and engineering, 312, 186–195. doi:10.1016/j.cma.2016.04.009
2015
Small strain elasto-plastic multiphase-field model.
Schneider, D.; Schmid, S.; Selzer, M.; Boehlke, T.; Nestler, B.
2015. Computational Mechanics, 55 (1), 27–35. doi:10.1007/s00466-014-1080-7
Phase-field elasticity model based on mechanical jump conditions.
Schneider, D.; Tschukin, O.; Choudhury, A.; Selzer, M.; Böhlke, T.; Nestler, B.
2015. Computational mechanics, 55 (5), 887–901. doi:10.1007/s00466-015-1141-6
Materials research for energy supply at Karlsruhe Institute of Technology.
Krüssmann, R.; Gräning, T.; Janda, D.; Ruck, S.; Schneider, D.; Strassberger, L.; Vladimirov, P.; Yurechko-Hussy, M.
2015. Energy, Science and Technology, Conference and Exhibition (EST 2015), Karlsruhe, Deutschland, 20.–22. Mai 2015
Combined crystal plasticity and phase-field method for recrystallization in a process chain of sheet metal production.
Vondrous, A.; Bienger, P.; Schreijäg, S.; Selzer, M.; Schneider, D.; Nestler, B.; Helm, D.; Mönig, R.
2015. Computational mechanics, 55 (2), 439–452. doi:10.1007/s00466-014-1115-0
2014
Phase-field modeling of diffusion coupled crack propagation processes.
Schneider, D.; Selzer, M.; Bette, J.; Rementeria, I.; Vondrous, A.; Hoffmann, M. J.; Nestler, B.
2014. Advanced Engineering Materials, 16 (2), 142–146. doi:10.1002/adem.201300073
2012
Elasto-plastisches Materialverhalten – ein Mikrostrukturmodell für plastische Verformung.
Höhn, J.; Schneider, D.; Schmid, S.; Nestler, B.
2012. Forschung aktuell, 2012, 56–57