Abschlussarbeiten

In multiscale mechanics, the microscopic architecture of a material strongly influences its macroscopic behavior. By tailoring the geometry of representative unit cells, it is possible to deliberately design and program desired effective material properties.

Lattice Boltzmann methods (LBMs) stem from the computation of fluid flows. They work on the mesoscale with a statistical formulation based in kinetic theory. These methods promise great gains in the computational performance with good scaling for large systems. In recent years, an effort has been undertaken to develop LBMs for the simulation of solid mechanics as well.

Lattice Boltzmann methods (LBMs) stem from the computation of fluid flows. They work on the mesoscale with a statistical formulation based in kinetic theory. These methods promise great gains in the computational performance with good scaling for large systems. In recent years, an effort has been undertaken to develop LBMs for the simulation of solid mechanics as well.

Lattice-Boltzmann-Methoden (LBM) entstammen der Simulation von Strömungen. Sie arbeiten mit einer statistischen Beschreibung auf Grundlage von kinetischer Theorie. Sie bieten eine sehr gute numerische Effizienz und eignen sich insbesondere für dynamische Probleme. Seit wenigen Jahren werden sie aktiv auch für Festkörpermechanik entwickelt. Dabei wurde auch die Anwendung im Bereich der Bruchmechanik untersucht.

Lattice-Boltzmann-Methoden (LBM) entstammen der Simulation von Strömungen. Sie arbeiten mit einer statistischen Beschreibung auf Grundlage von kinetischer Theorie. Sie bieten eine sehr gute numerische Effizienz und eignen sich insbesondere für dynamische Probleme. Seit wenigen Jahren werden sie aktiv auch für Festkörpermechanik entwickelt.

Die Eisschilde in Grönland und Antarktis sind über große Flächen an ihrer Unterseite nicht am Felsboden festgefroren, so dass Schmelzen über lange Zeiträume ein hydrologisches Systementwickelt. Neben subglazialen Seen und Kanälen, sind auch Wasserkavitäten, die durch das Gleiten von Eis über Undulationen am Felsboden gebildet werden, ein Teil des hydraulischen Systems. Die Entwicklung dieser wassergefüllten Hohlräume ist bisher nur mittelsvereinfachter empirischer Ansätze beschrieben worden.

Liver resection is a common medical procedure used to remove tissue affected by tumors. The human liver, charactarized by its high vascularization, contains vessels of various sizes spanning multiple scales. Liver resection significantly impacts the vascular trees, which are responsible for blood distribution and collection, by removing a substantial number of vessels. This inevitably leads to a redistribution of blood flow.

The simulation of microstructured materials with elasto-plastic deformation behavior is a challenging task. One reason for this is that classical approaches such as the FE2 method are computationally expensive and therefore suited only for very small boundary value problems. In contrast, new data-driven modeling techniques such as physics-augmented neural networks seem to constitute a promising and efficient alternative to obtaining the effective material behavior in a direct manner.

Aktuatorisch eingesetzte Motor-Pumpen-Einheiten (MPE), wie sie bei unserem Industriepartner THOMAS in Herdorf entwickelt werden, sind ein Beispiel für smarte und innovative Produkte mit einem breiten Anwendungsspektrum. Mögliche Einsatzgebiete sind Automatikgetriebe oder Fahrwerksanwendungen im Automobilbereich, aber auch Luft- und Raumfahrtanwendungen und mobile Arbeitsmaschinen.

Lattice-Boltzmann-Methoden (LBM) entstammen der numerischen Strömungssimulation, werden aber auch aktiv für Festkörper entwickelt. Sie bieten eine sehr gute numerische Effizienz und eignen sich insbesondere für transiente und dynamische Probleme.

Lattice-Boltzmann-Methoden (LBM) greifen auf die Methodik und Abstraktion der statistischen Mechanik zurück, um mechanische Probleme mittels eines Transportformalismus zu lösen. Die Entwicklung von LBM für Festkörper hat die Simulation von linearelastischer Deformation sowie von Rissausbreitung in spröden Materialien zum Ziel. Die Umsetzung erfolgt im Rahmen eines Softwareprojekts, geschrieben in Python mit einem objektorientiertem Ansatz.

Compressible two-fluid flow phenomena arise in many industrial applications and natural features. Examples are water–air flows, shock–bubble interaction, water hammer phenomena, surface wave impacts, and the transportation of liquefied natural gas. The study of two-fluid flows is a challenging research area in which modeling and numerical simulation play a key role.

Zur effizienten Berechnung von Mikrostrukturen und ihrer effektiven Eigenschaften wurden in den letzten Jahren Lösungsmethoden basierend auf schnellen Fourier Transformationen, (Fast Fourier Transforms, FFT) entwickelt. Vorteile der Methode stellen eine sehr gute Parallelisierbarkeit und effiziente Speichernutzung dar. Eine Implementierung basierend auf einer Verschiebungsformulierung wurde prototypisch in Python umgesetzt.