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
- 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
- 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
- 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
- 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