Beteiligte Institute und Disziplinen
Die übergeordnete Zielsetzung des Forschungsgruppe erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die ihre Expertise auf verschiedenen Fachgebieten in das Forschungsvorhaben einbringen. Die Kompetenzen der beteiligten Teilprojektteams sind komplementär, sodass deren Zusammenwirken ein hohes Innovationspotenzial bietet.
- Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) – Maschinenbau und Produktionstechnik
- Lehrstuhl für Photonische Technologien (LPT), Friedrich-Alexander-Universität Erlangen – Maschinenbau und Produktionstechnik
- Lehrstuhl für Informatik 10 (Systemsimulation) (LSS), Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg – Informatik, Daten- und Softwaremanagement
- Institut für Mechanik (IfM), Universität Duisburg-Essen – Technische Mechanik
- Lehrstuhl für Numerische Mathematik und Wissenschaftliches Rechnen (NuMWiR), Universität zu Köln – Numerische Mathematik und Wissenschaftliches Rechnen
- Institut für Digitale Materialforschung (IDM), Hochschule Karlsruhe – Materialwissenschaften und Werkstofftechnik
- Lehrstuhl für Technische Mechanik (LTM), Technische Universität Kaiserslautern – Technische Mechanik
Bereits die technologischen Grundlagen des Forschungsvorhabens in den Materialwissenschaften erfordern ein skalenübergreifendes Verständnis der Physik und der Prozesse, sodass hierfür Mitglieder aus unterschiedlichen Fachrichtungen ihre Expertise zusammenführen müssen.
Die numerische Mathematik ist eingebunden, um moderne skalenübergreifende Finite-Element-Modelle zu entwickeln und zu analysieren. Die Informatik trägt die Kompetenz bei, diese Verfahren effizient und nachhaltig auf modernen Supercomputern zu realisieren, denn nur mit maximaler Rechenleistung können Modelle dieser Komplexität umgesetzt werden. In der internationalen Spitzenforschung in der Simulationstechnik ist es deshalb erforderlich, traditionelle Themen aus der Mathematik und der Informatik so zu erweitern und zu kombinieren, dass sie die Komplexität realitätsgetreuer physikalischer Modelle und darauf basierender Prozesse abbilden können. Natürlich müssen die algorithmischen Modelle in enger Zusammenarbeit mit den Anwendungsdisziplinen entwickelt werden. Die Umsetzung solcher Simulationsmodelle auf Höchstleistungsrechnern erfordert ein Zusammenwirken aller dieser Kompetenzen.
Mehrwert durch interdisziplinäre Zusammenarbeit
Die Zusammenarbeit der verschiedenen Fachgebiete und simulativen Ansätze innerhalb der Forschungsgruppe ergibt einen enormen Mehrwert gegenüber der isolierten Betrachtung einzelner Effekte bzw. Mechanismen im Rahmen von Einzelprojekten. Zum einen können experimentelle Methoden aufgrund der hohen Prozesstemperaturen und der geringen Zugänglichkeit nur eingeschränkt zu einem Verständnis der Erstarrungsrissentstehung beitragen. Zum anderen leiden simulative Untersuchungen aus nur einer Betrachtungsweise heraus immer daran, die komplexen Wechselwirkungen vernachlässigen zu müssen. Daher ist eine Übertragbarkeit und Quantifizierung unmöglich. Nur durch eine ganzheitliche interdisziplinäre Betrachtung der Erstarrungsrissentstehung als Spezialfall der thermomechanischen und mikrostrukturellen Vorgänge während der Erstarrung beim Laserstrahlschweißen kann ein umfassendes übertragbares und quantifizierbares Prozessverständnis erarbeitet werden. Die skalenübergreifende Modellierung mehrfach gekoppelter physikalischer Phänomene führt dabei zu einer enormen Komplexität der Software und benötigt gleichzeitig eine Rechenleistung, die aktuell ausschließlich massiv parallele Supercomputer erbringen können. Dazu ist ein interdisziplinärer Computational Engineering-Ansatz erforderlich.