Forschungsgebiete

Unsere Forschung befasst sich mit der Entwicklung zukunftsweisender numerischer Methoden und Modellierungsansätze für nichtlineare, multiskalige und multiphysikalische Probleme im Maschinenbau.

Mit diesen neuartigen Methoden wollen wir (1) eine genauere, effizientere, flexiblere und robustere numerische Modellierung und Simulation ermöglichen; (2) die Lücke zwischen computergestütztem Entwurf, Simulation, Designoptimierung und Fertigung schließen; und (3) klassische, physikbasierte Ansätze mit datengetriebenem, physik-informiertem maschinellem Lernen kombinieren.

Diese Entwicklungen sind entscheidend für die erfolgreiche Anwendung vieler aufkommender, neuartiger Fertigungs- und Materialtechnologien und für die volle Ausschöpfung ihres Potenzials. Darüber hinaus sind sie integraler Bestandteil der Entwicklung digitaler Zwillinge von cyber-physischen Systemen, die eine effizientere und nachhaltigere Produktentwicklung und -betrieb ermöglichen.

Themen

  1. Physikbasierte Modellierung und datengetriebene Modellentwicklung für Ingenieuranwendungen:
    • Nichtlineare Kontinuumsmechanik (finite Deformationen, hyperelastische Materialien, Viskoelastizität, Plastizität, Kontakt)
    • Strukturmechanik, insbesondere 3D-Balkenmodelle
    • Multiskalenmodellierung mit klassischen und verallgemeinerten Kontinuumstheorien
    • Multiphysikalische Modelle, die mechanische mit thermischen, elektromagnetischen oder chemischen Effekten koppeln
    • Physik-geleitetes maschinelles Lernen für Konstitutivmodelle und Modellreduktion
  2. Entwicklung zukunftsweisender Berechnungsmethoden für die Simulation und Optimierung:
    • Isogeometrische Analyse, Finite-Elemente- und Kollokationsmethoden
    • Optimierung von Topologie, Form, Design und Dimensionierung
    • Homogenisierungsmethoden für die Mehrskalensimulation
    • Modellreduktion dynamischer Systeme
  3. Anwendungen auf neuartige Fertigungsverfahren und nahtlose Integration von computergestütztem Design, Optimierung und Fertigung:
    • Multimaterial 3D-Druck funktional gradierter Strukturen
    • 4D-Druck von weichen, aktiven Materialien
    • Funktionale, 3D-gedruckte Gitterstrukturen und Metamaterialien
    • 3D-Stricken von Funktionstextilien

Projekte

Projekttitel Kooperationspartner Laufzeit Förderer
Mikro-Gitterstrukturen als Lithiumionenakku-Elektroden: Chemo-mechanische Balkenmodellierung von diffusionsinduzierten Instabilitäten und optimales Design Prof. Dr Bai-Xiang Xu (TU Darmstadt) 2021-2024 DFG
Data-driven methods for nonlinear multi-scale computational mechanics Prof. Dr. Kristian Kersting (TU Darmstadt) 2019-2021 TU Darmstadt

Forschungsdaten und Codes