Institut für Digitale Materialforschung

Die Forschungsgruppe Microstructure - Mechanics untersucht die Wechselwirkungen zwischen mikrostrukturellen und mechanischen Einflussgrößen auf der mesoskopischen 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 möglichen Defekte für die virtuelle Entwicklung von Materialien (Virtual-Material-Design) unentbehrlich.

Unter der Einbindung vornehmlich mechanischer, aber auch chemischer, thermischer und elektromagnetisch treibender Kräfte werden die physikalischen Prozesse an den Grenzflächen untersucht. Dies geschieht mittels der Phasenfeldmethode, die mit numerischen Algorithmen gekoppelt ist. So können die Prozessparameter optimiert und folglich die Produktionskosten gesenkt, effektive Materialeigenschaften optimiert oder neue Materialien entwickelt werden. Aktuelle Forschungsfragen beziehen sich auf den Rekristallisationsprozess, die Fest-Fest-Phasenumwandlungsprozesse sowie auf die elektrochemischen Prozesse und die Rissausbreitung. Als Materialien werden Metalle, Faserverbundwerkstoffe, Lithium-Ionen-Batterien bzw. Piezokristalle betrachtet.

Modellerweiterungen auf mechanische Triebkräfte:

• Beschreibung der Elastizität des Phasenfelds für diffuse Übergangsbereiche, basierend auf mechanischen Sprungbedingungen
• Elastoplastischer Multiphasenfeldansatz

Simulationen:

• Rissausbreitung in spröden und dehnbaren Materialien
• Einfluss der Mikrostruktur auf mechanische Eigenschaften
• Rekristallisationsprozesse
• Displazive Phasenumwandlungsprozesse