Parallele Modelle

Motivation

Die Entwicklung und erfolgreiche Marktdurchdringung paralleler Computer ermöglicht zunehmend die Durchführung wissenschaftlicher Simulationsstudien deren Umfang und Komplexität noch vor einigen Jahren unmöglich war. Weitgehend ungeachtet dessen erfolgt jedoch die Formulierung von Simulationsmodellen für die Mikrostrukturevolution im Bereich der Materialwissenschaften noch immer dem Muster sequentieller Algorithmen. Dabei bietet die Nutzung paralleler Rechnerarchitekturen den insbesondere aus wirtschaftlich-technologischer Sicht wichtigen Vorteil Prozesssimulation auch in Echtzeit ermöglichen zu können.

Forschungsschwerpunkt

Das Ziel der Gruppe Parallele Modelle ist die Entwicklung von Modellen zur Simulation der Mikrostrukturevolution, die sich speziell für die effiziente Ausführung auf parallelen Computerarchitekturen eignen. Deren Potential optimal ausschöpfen zu können verlangt einen Paradigmenwechsel und damit einhergehend insbesondere die Neuformulierung der Modelle, sodass nicht nur größere, sondern auch komplexere physikalische Systeme untersucht werden können. Dabei konzentrieren wir unsere Arbeit auf die Beschreibung der für die Kontrolle der Werkstoffeigenschaften maßgeblichen physikalischen Prozesse, also der plastischen Verformung, der Rekristallisation und dem Kornwachstum. Ergänzend dazu untersuchen wir mit Hilfe sog. large-scale Simulationen fundamentale Prozesse, wie etwa den Verlauf von Phasenumwandlungen und die Korngrenzenbewegung.

Methoden
  • MPI-, OpenMP- und hybride Parallelisierung
  • Large-scale and solitary model simulations
  • Level-set Methoden
  • Netzwerkmodellierung
  • Zellulare Automaten
  • Phasenfeldmodellierung
  • Molekulardynamik in sehr großen Systemen
Publikationen
  • Mießen, C., Liesenjohann, M., Barrales-Mora, L. A., Shvindlerman, L. S., Gottstein, G., An advanced level set approach to grain growth – Accounting for grain boundary anisotropy and finite triple junction mobility, in: Acta Materialia 99 (2015), 39–48.
  • Kühbach, M., Barrales-Mora, L. A., Gottstein, G.: A massively parallel cellular automaton for the simulation of recrystallization, in: Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 22 (2014), Art. 07501.
  • Brandenburg, J.-E., Barrales-Mora, L. A., Molodov, D. A., On migration and faceting of low-angle grain boundaries: Experimental and computational study, in: Acta Materialia 77 (2014), 294-309.
  • Brandenburg, J.-E., Barrales-Mora, L. A., Molodov, D. A., Gottstein, G., Effect of inclination dependence of grain boundary energy on the mobility of tilt and non-tilt low-angle grain boundaries, in: Scripta Materialia 68 (2013), 980-983.
  • Witte, M., Belde, M., Barrales-Mora, L. A., de Boer, N., Gilges, S., Klöwer, J., Gottstein, G., Abnormal grain growth in Ni-5at.%W, in: Philosophical Magazine 92 (2012), 4398-4407.
  • Barrales-Mora, L. A., Gottstein, G., Shvindlerman, L. S., Effect of finite boundary junction mobility on the growth rate of grains in 3D polycrystals, in: Philosophical Magazine 92 (2012), 1046-1057.
  • Barrales-Mora, L. A., Gottstein, G., Shvindlerman, L. S., Effect of a finite boundary junction mobility on the growth rate of grains in two-dimensional polycrystals, in: Acta Materialia 60 (2012), 546-555.
  • Barrales-Mora, L. A., Brandenburg, J.-E., Molodov, D. A., Impact of grain boundary character on grain rotation, in: Acta Materialia 80 (2014), 141-148.
  • Barrales-Mora, L. A., Gottstein, G., Shvindlerman, L. S., Three-dimensional grain growth: Analytical approaches and computer simulations, in: Acta Materialia 56 (2008), 5915-5926.