In ihrer Forschung wurde das Verhalten von heterogenen Materialien - von polykristallinen bis porösen Materialien - unter Stoßkompression mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen analysiert. Stoßwellen sind in vielen Arbeitsbereichen allgegenwärtig und werden sowohl in der Physik als auch den Ingenieurwissenschaften umfangreich untersucht. Sie sind von elementarem Interesse für geologische und kosmische Prozesse, bei denen sie beispielsweise einen Einblick in das Verständnis von Meteoriteneinschlägen ermöglichen.

Die Resultate können verwendet werden, um Materialien mit verbesserten Eigenschaften bei Hochgeschwindigkeitsstößen zu konzipieren. Ein Schwerpunkt der Arbeit wurde auf den Einfluss der Phasenumwandlung von bcc nach hcp und vice-versa bei Stoßkompression von polykristallinem Eisen und Eisen-Kohlenstoff und die damit verbundenen Änderungen der plastischen Eigenschaften gelegt. Die Fragestellung ist von aktueller Bedeutung, da durch intensive Laserpulse wohldefinierte Druckwellen durch das Material propagiert werden können. Außerdem sind moderne experimentelle Methoden wie beispielsweise die Röntgenbeugung in der Lage, den Durchlauf der Stoßwelle mit hoher zeitlicher und örtlicher Auflösung zu verfolgen.

Erstmals konnte in Übereinstimmung mit Experimenten die sogenannte 3-Wellen-Struktur aus elastischer Kompression, plastischer Verformung und der Phasentransformationsfront mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen gefunden werden. Diese hat einen entscheidenden Einfluss auf die Materialeigenschaften und ist damit von hoher wissenschaftlicher Bedeutung. Damit wurden neue Zugangswege erschlossen, um die Materialeigenschaften von Eisen unter extremen Bedingungen zu studieren.

Poröse Stoffe wie beispielsweise Metall-Nanoschäume weisen wegen ihres geringen Gewichts und der hohen Festigkeit vielversprechende Material-Charakteristika unter Hochgeschwindigkeits-Einschlagsbelastung auf. Hier bildet sich ebenfalls eine charakteristische 3-Wellen-Struktur, die zu drei Regimes der Materialantwort zugeordnet werden kann: elastische Deformation, plastisches Verhalten und vollständiges Kollabieren oder Kompaktifizieren des Metallschaums. Die Versetzungsbildung in den Filamenten konnte veranschaulicht und mit dem Geschwindigkeitsprofil korreliert werden. Wenn poröse granulare Körper auf eine Wand auftreffen, werden sie ebenfalls kompaktifiziert. Allerdings verhält sich granulare Materie im Vergleich zu Schaumstrukturen unterschiedlich in der Hinsicht, dass die Kompaktifizierung inhomogen ist und sich auf das gesamte granulare Projektil auswirkt. Mit Hilfe eines granular-mechanischen Algorithmus konnte die SWZ-Juniorprofessorin den Aufprall eines porösen granularen Aggregats, das aus adhäsiven mikrometergroßen Quarzkörnern besteht, auf eine harte Wand simulieren. Eine Kompaktifizierungswelle propagiert durch das Projektil und infolgedessen baut sich ein inhomogenes Dichteprofil aus. Der Grad der Kompaktifizierung sinkt mit größerem Abstand vom Aufprallpunkt.

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Die Dozenten kommen von der Oxford University, aus Japan, Brasilien und Indonesien: Das Simulationswissenschaftliche Zentrum Clausthal-Göttingen (SWZ) trägt der Internationalisierung in Forschung und Lehre Rechnung und organisiert vom 2. bis 6. Dezember erstmals eine International Teaching Staff Week an der Technischen Universität Clausthal. Die Teilnahme ist kostenfrei.

Zielgruppe der innovativen Weiterbildungswoche sind insbesondere Masterstudierende, Promovierende und Uni-Beschäftigte aus den Bereichen Materialphysik, Geowissenschaften, Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Mathematik/Informatik. „Thematisch werden insbesondere verschiedene Simulations­methoden in den Material­wissenschaften vorgestellt und gezeigt, wie diese mit Hilfe von High-Performance Computing beschleunigt werden können.“, sagt Professorin Nina Gunkelmann, stellvertretende SWZ-Vorsitzende. Unterstützung erhält das Forschungszentrum bei der Durchführung der International Teaching Week, die auf Englisch stattfindet, vom Internationalen Zentrum Clausthal.

Begleitet werden die täglichen Veranstaltungen in unterschiedlichen Hörsälen von besonderen Angeboten, etwa dem Besuch der Iberger Tropfsteinhöhle, des Weihnachtsmarktes in Goslar und des UNESCO-Weltkulturerbes Rammelsberg (Besucherbergwerk und Museum). Als besonderes Highlight bietet das Rahmenprogramm den Teilnehmerinnen und Teilnehmern einen internationalen Science Slam in Kooperation mit Science on the Rocks e.V..

Die Teilnahme an dieser internationalen Veranstaltung wird mit einem Zertifikat bescheinigt.

Weitere Informationen und Anmeldung: https://www.simzentrum.de/teachingstaffweek/

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Mit der aktuellen Tagung werde die Sichtbarkeit des Simulations­wissenschaftlichen Zentrums Clausthal-Göttingen (SWZ) weiter erhöht, unterstrich der Clausthaler Universitätspräsident Professor Joachim Schachtner bei der Begrüßung. Das SWZ war 2013 als gemeinsames Zentrum der beiden südniedersächsischen Universitäten gegründet worden. Vom Land Niedersachsen zwischen 2013 und 2019 mit 4,3 Millionen Euro gefördert, sind seither rund 20 Forschungsprojekte aufgesetzt und zwei Juniorprofessuren installiert worden. „Das stimmt für die Zukunft dieser engen Forschungskooperation zwischen Clausthal und Göttingen optimistisch“, so Professor Schachtner.

Auch Professor Jens Grabowski, Dekan der Fakultät für Mathematik und Informatik der Universität Göttingen, hob die Bedeutung des SWZ hervor: „Das Zentrum ist eine Erfolgsstory.“ Als Beleg verwies er zum einen auf Professor Marcus Baum. Der Wissenschaftler war zunächst Juniorprofessor am Simulations­wissenschaftlichen Zentrum und ist inzwischen als W3-Professor für die Universität Göttingen gewonnen worden. Zum anderen hielt Professor Grabowski den gerade veröffentlichten Forschungsbericht des SWZ in die Höhe. Der Umfang von 260 Seiten spreche für die vielfältigen Aktivitäten des Forschungszentrums.

Inhaltlich beschäftigt sich das SWZ mit drei Forschungsfeldern: Simulation und Optimierung von Netzen, Simulation von Materialen und verteilte Simulation. Die Kombination dieser Themen und der interdisziplinäre Ansatz mache das Besondere der aktuellen Tagung aus, sagte der Clausthaler Professor Gunther Brenner als Sprecher des Simulations­wissenschaftlichen Zentrums Clausthal-Göttingen. Informatiker, Mathematiker und Ingenieure aus Deutschland und aller Welt brachten sich in die Konferenz ein und tauschten sich über 45 Fachbeiträge aus. Leitvorträge hielten: Professor Benoît Appolaire (University of Lorraine, Frankreich) über Phasenfeldsimulationen von plastischer Verformung in Metallen, Thomas Drescher (Leiter Fahrzeugtechnik der Volkswagen AG) über die Bedeutung der Digitalisierung für die Entwicklung der Mobilität und Professor Peter Vortisch (Karlsruher Institut für Technologie) über die Simulation von Verkehr und Mobilität.

Ein Höhepunkt war zudem die Podiumsdiskussion zu digitalen Lehr- und Lernmethoden. Die Moderation übernahm Juniorprofessorin Nina Gunkelmann, die die Tagung mit Unterstützung von SWZ-Geschäftsführer Dr. Alexander Herzog reibungslos organisiert hatte. Weitgehend einig waren sich die fünf Diskutierenden darüber, dass Simulations- und Modellierungstechniken künftig zu einem zentralen Element in der Lehre an Universitäten werden. „Da steht ein Wandel bevor“, sagte beispielsweise Professor Brenner, auch für die Rolle der Lehrenden.

Am Rande der Konferenz ist auf der Zentrumsversammlung turnusmäßig ein neuer Vorstand gewählt worden. Vorsitzender für die kommenden zwei Jahre ist Professor Marcus Baum (Universität Göttingen), Stellvertreterin ist Juniorprofessorin Nina Gunkelmann (TU Clausthal). Weitere Vorstandsmitglieder sind aus Göttingen Professor Jens Grabowski und Fabian Sigges, M.Sc., sowie aus Clausthal Professor Jörg Müller und Dr.-Ing. Andreas Reinhardt.

Eine Reihe von Vorträgen konnten nach Zustimmung der jeweiligen Redner ebenfalls aufgezeichnet werden und stehen auf dem Video-Server der TU Clausthal zum Abruf bereit.

Fotos von der Konferenz finden sich direkt auf der Simulation Science Homepage.