Entwicklung eines effizienten Verfahrens zum Abtasten und Darstellen des Raums der Korngrenzengeometrie und -zusammensetzung: Atomistische Simulationen in Kombination mit statistischer Methodik

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Holger Dette; Privatdozentin Dr. Rebecca Janisch
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414750139

Moderne Verfahren zur Optimierung von Materialeigenschaften bedienen sich in zunehmendem Maß datenbasierter Forschungsmethoden. Dadurch entsteht zum Beispiel im Bereich der Mikrostrukturentwicklung ein erhöhter Bedarf an umfassenden Daten zu Struktur und Energien von Korngrenzen in mehrkomponentigen Systemen. Korngrenzen in metallischen Mikrostrukturen haben einen entscheidenden Einfluss auf die mechanischen und funktionellen Eigenschaften des Materials. Sie können durch Segregation von Fremd- oder Legierungsatomen gezielt verändert werden, was zu einer Veränderung der Korngrenzenenergie, -mobilität, -struktur und -kohäsion führt. In diesem Vorhaben wollen wir die datenbasierte Materialwissenschaft voranbringen, indem wir ein selektives und effizientes Hochdurchsatzverfahren für Computersimulationen zur Bestimmung von Korngrenzen- und Segregationsenergien erstellen. Die notwendingen Algorithmen werden ausgehend von Methoden der statistischen Versuchsplanung und neueren Entwicklungen in der Beschreibung von Korngrenzenverteilungsfunktionen entwickelt. Im Gegensatz zu konventionellen Hochdurchsatzmethoden, führen die neuen statistischen Ansätze in Kombination mit nichtparametrischer Schätzung zur Identifikation und Erforschung derjenigen Regionen im Raum der Korngrenzenparameter, die am kritischsten sind, sowie zur Darstellung der Korngrenzenenergie in Form einer Reihenentwicklung in Hyper-Kugelflächenfunktionen. Das resultierende Schema kann dazu benutzt werden, Korngrenzenenergien als Funktion von Geometrie und chemischer Zusammensetzung darzustellen, für die Anwendung in thermodynamischen und kinetischen, sowie mikromechanischen Modellen. Desweiteren werden die gewonnenen Erkenntnissezu einer effektiveren Planung und Durchführung von Simulationen und Experimentenzur Erforschung weiterer multidimensionaler, nicht-linearer Zusammenhänge beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen