Beschleunigungsplattform für die Simulation von Erstarrungsrissen beim Laserstrahlschweißen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Arnd Koeppe; Harald Köstler; Dr.-Ing. Michael Selzer
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434946896

Das Projekt zielt darauf ab, eine digitale Beschleunigungsplattform für multiskalige Simulationsprozesse beim Laserstrahlschweißen zu entwickeln, die Forschungsdatenmanagement (FDM) und Künstliche Intelligenz (KI) integriert. Die Gesamtdauer des Projekts beträgt 96 Monate, wobei Phase 2 48 Monate umfasst. In der Multiskalenmodellierung und Simulation, wie z.B. bei Erstarrungsrissen beim Laserstrahlschweißen, gibt es viele wissenschaftliche Prozesse, die von Automatisierung, KI und FDM profitieren. Beispiele sind Parameteridentifikation, Kopplung mehrerer Skalen und die Entwicklung von Surrogatmodellen. Diese Prozesse können in einer datengetriebenen Umgebung automatisiert und beschleunigt werden. In Phase 2 soll eine digitale Beschleunigungsplattform entwickelt werden, die FDM und KI integriert. Diese Plattform ermöglicht eine datenintegrierte Kopplung von Skalen, die Steuerung und Vorhersage durch KI sowie rigoroses FDM. Dadurch werden Simulationen mit größeren Datenmengen, hohem Durchsatz und mehr Wiederholungen möglich. Unterziele: - Entwicklung einer Schnittstelle für Materialbeschleunigung für Laserstrahlschweißprozesse. - Weiterentwicklung und Integration von KI-Methoden für Multiskalen-Simulationen. - Erstellung von Demonstratoren für Parameteridentifikation und Skalenkopplung. - Anpassung von Workflows, CI-Pipelines und Unterstützung im Forschungsdatenmanagement. Ansatz: Die Beschleunigungsplattform besteht aus Simulations-, FDM- und KI-Komponenten. Die Simulationswerkzeuge der Projektpartner werden über Workflows und Continuous Integration mit der Kadi4Mat FDM-Lösung verbunden. In Phase 2 werden die open-source Module KadiAI und CIDS als Ausgangspunkt genutzt, um Methoden des Maschinellen Lernens und der KI in das Kadi-Ökosystem zu integrieren. Die fehlende Komponente, die Schnittstelle für Materialbeschleunigung, wird auf Basis von KadiAI und CIDS entwickelt. Demonstratoren: - Iterative Identifikation von Simulationsparametern und Kartierung von Erstarrungsrissen auf Mikrostrukturebene. - Datenintegrierte direkte Kopplung zwischen den Skalen als Plugin für den FE² Multiskalenansatz. Langfristig soll eine generische Beschleunigungsplattform, KadiAccelerate, entwickelt werden, die mit Kadi4Mat gekoppelt ist. Diese Plattform kann alle Forschungsanstrengungen erleichtern, die Kadi4Mat als FDM-Werkzeug nutzen. Die Struktur bleibt generisch, modular und dezentralisiert, mit Plugins und Microservices, die mit Hochleistungsrechneranwendungen verbunden sind. Die Entwicklung von Beschleunigungsplattformen ist herausfordernd und erfordert signifikante Investitionen. Dank der Vorarbeiten zu FDM, KI, Workflows und Integration sowie der bestehenden Infrastruktur des Kadi-Ökosystems ist die Realisierung der Beschleunigungsplattform in Phase 2 möglich.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5134: Erstarrungsrisse beim Laserstrahlschweißen: Hochleistungsrechnen für Hochleistungsprozesse