Atom-dynamische Betrachtung zum funktionellen und strukturellen Verhalten von Formgedächtnislegierungen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Oliver Kastner
• Subject Area: Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
• Term: from 2005 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5445488

Das geplante Vorhaben leistet einen Beitrag zum Verständnis der atomaren Vorgänge bei austenitisch martensitischen Phasenumwandlungen in Formgedächtnislegierungen. Der Untersuchung liegt ein neues molekulardynamisches Modell des Hauptantragstellers zugrunde. In seinen Vorarbeiten hat der Hauptantragsteller gezeigt, daß dieses Modell alle wichtigen thermodynamischen Merkmale von Austenit-Martensit-Phasenübergängen in Formgedächtnislegierungen qualitativ richtig wiedergibt. Dabei beschränkte er sich bisher auf kleinste zweidimensionale Modellkörper aus bis zu 752 Atomen. Der Erfolg dieses Modells rechtfertigt die Anwendung auf größere zwei- und dreidimensionale Körper. Wegen seiner konzeptionellen Einfachheit - Lennard-Jones-Potentiale zur Abbildung der interatomaren Wechselwirkungen - können die bekannten numerischen Konzepte zur Minimierung des benötigten Rechenaufwands (z.B. Linked-Cell-Algorithmik) und zur Maximierung der Rechenleistung (z.B. paralleles Prozessieren) günstig angewendet werden. Im Rahmen des beantragten Projekts soll die Rechenalgorithmik des vorhandenen Modells an diese Verfahren angepaßt werden. In einem zweiten Schritt soll das vorhandene Modell auf dreidimensionale Körper erweitert werden. Nach der Validierung des erweiterten Modells sollen große Kristalle aus einigen zehntausend bis einigen hunderttausend Atomen betrachtet werden. Auf diese Weise soll der Übergang von der Mikro- zur Makroskala untersucht werden. Dabei sollen die folgenden Aspekte und Fragestellungen berücksichtigt werden: Untersuchung der Quasiplastizität und Pseudoelastizität durch isotherme Zugversuche an großen Körpern; Untersuchung des Einflusses von Oberflächen auf die Phasenstabilität. Untersuchung der martensitischen Umwandlung großer, dreidimensionaler Modellkörper im Hinblick auf die martensitische Feinstruktur. Wie ist in einem großen Modellkörper das thermodynamische Gleichgewicht bestimmbar? Wie wird es eingestellt? Wie wirken sich in den untersuchten Modellkörpern die Schwankungen der mikroskopischen thermodynamischen Variablen auf die makroskopischen Variablen aus? Welche Algorithmen zur Filterung oder Dämpfung dieser Schwankungen sind anwendbar? Auslotung der Leistungsgrenzen des erweiterten Modells. Die Berechnung großer Systeme erfolgt auf Rechnern des Rechenzentrums der Ruhr-Universität Bochum und auf einem Parallel- Rechner-Cluster der Fachgruppe von Professor Dr. M. Griebel (Inst. f. Numerische Simulation, mathematisch-naturwissenschaftliche Fakultät der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn), mit dem die Kooperation für dieses Vorhaben vereinbart ist.

• DFG Programme: Research Grants