Forschungsgebiete

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.

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
4. Numerische und experimentelle Untersuchung von Photopolymeren in der additiven Fertigung:
   • Untersuchung von Materialien und Fertigungsprozessen im 3D-Druck mit Fokus auf Polymeren
   • Mechanische Charakterisierung und Materialmodellierung von 3D-gedruckten Polymeren
   • Elastische, hyperelastische, viskoelastische und elasto-visko-plastische Materialmodellierung bei großen und kleinen Verformungen
   • Untersuchung des Einflusses von Prozessparametern auf die mechanischen Eigenschaften gedruckter Strukturen
   • Design und Optimierung von 3D-gedruckten Strukturen und Prozessen

https://github.com/CPShub