FE/MCT: Makroskopische Simulationen glasbildender Flüssigkeiten mit Materialgesetzen aus mikroskopischer Theorie

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Turek; Professor Dr. Thomas Voigtmann
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431117597

Wir entwickeln eine Mehrskalen-Beschreibung des Fließverhaltens glasbildender Flüssigkeiten. Dazu kombinieren wir numerische Fluiddynamik (computational fluid dynamics, CFD) mit mikroskopischer Theorie zur Bestimmung von Materialgleichungen (konstituierende Gleichungen) der nichtlinearen Antwort der stark viskoelastischen Fluide. Mit Hilfe des Integration-Through-Transients (ITT) Formalismus werden verallgemeinerte Green-Kubo-Gleichungen hergeleitet, die mikroskopische Korrelationsfunktionen mit dem vergröberten Spannungstensors der Flüssigkeit auch fern vom Gleichgewicht verbinden. Die Modenkopplungstheorie des Glasübergangs (MCT) zusammen mit ITT liefert ein mikroskopisch begründetes in sich geschlossenes Materialmodell. Die resultierenden konstituierenden Gleichungen sind durch ausgedehnte Zeitintegrale charakterisiert. Modernde Finite-Elemente-Methoden (FEM) werden umgesetzt, um solche integralen konstituierenden Gleichungen zusammen mit den Navier-Stokes-Gleichungen zu lösen, um so die ausgeprägten Transienten und Vorgeschichtsabhängigkeiten im Fließverhalten glasbildender Fluide zu behandeln. Mit Hilfe dieser Methoden diskutieren wir die langsame Deformation von Gläsern unter angelegter Spannung und die Entstehung vorgeschichtsabhängiger Materialeigenschaften amorpher weicher Materialien, die dadurch entstehen, dass das Material unter verschiedenen Fließprozessen hergestellt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen