Institut für Digitale Materialforschung
High-Performance Materials Simulation
Die Forschungsgruppe High-Performance Materials Simulation befasst sich mit der Optimierung, Modellierung und Simulation von Erstarrungs- und Sinterprozessen mit der Phasenfeldmethode in großskaligen Gebieten.
Diese werden auf High-Performance-Computing-Systemen, wie sie beispielsweise am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart zu finden sind, durchgeführt. Mit Hilfe des am Institut entwickelten, massiv parallelen Lösers PACE3D werden die Simulationen auf diesen HPC-Systemen auf mehreren zehntausend Rechenkernen berechnet. Um die verwendeten HPC-Systeme möglichst effizient zu nutzen, werden in der Gruppe hochoptimierte und vektorisierte Codes für die verschiedenen Berechnungsmodelle entwickelt.
Im Bereich der Erstarrungsprozesse steht vor allem die Untersuchung der Mikrostrukturentwicklung unterschiedlicher mehrkomponentiger Legierungen während der gerichteten Erstarrung im Fokus. Hierbei wird sowohl das eutektische als auch das dendritische und das gekoppelte eutektisch-dendritische Wachstum, sowie das Wachstum eutektischer Kolonien in Abhängigkeit unterschiedlicher Prozessparameter untersucht.
Im Bereich der Sinterprozesse liegt der Fokus auf der Simulation des Festphasensinterns angefangen vom initialen Grünkörper bis hin zum fertig verdichteten Endprodukt. Schwerpunkte liegen hierbei auf der Modellierung und Untersuchung der Diffusions- und Verdichtungsvorgänge sowie auf der Untersuchung des Einflusses von Poren auf die Mikrostrukturentwicklung.
Zur Erfüllung dieser Forschungsvorhaben werden einerseits großskalige Simulationsgebiete und andererseits unterschiedliche Werkzeuge sowohl für die Generierung der Startkonfigurationen als auch für die anschließende Analyse der Mikrostrukturen benötigt. Die erforderlichen Werkzeuge werden hierbei in der Forschergruppe selbst entwickelt. So wurden bereits unterschiedliche Programme beispielsweise für die Erstellung von Grünkörpern mit definierter Dichte, Partikelgrößenverteilung und Partikelform oder für die Auswertung des Faserwachstums in großskaligen Erstarrungssimulationen entwickelt und eingesetzt.