Britta Nestler

Wirtschaft und Wissenschaft eine Schlüsselrolle eingenommen. Berechnungen
mit einer Auflösung im Mikrometerbereich leisten einen wesentlichen Beitrag der
datengetriebenen Materialentwicklung und stellen ein Bindeglied der Multiska-
len-Materialmodellierung von der Atomistik bis zur makroskopischen Behand-
lung dar.
Die virtuelle Laborumgebung, bestehend aus der numerischen Berechnung,
der umfassenden Datenanalyse und der hochauflösenden Visualisierung, stellt ei-
ne moderne, zeit-, aufwand- und ressourcensparende Technologie zur Prüfung
von Werkstoffen und Bauteilen auf Qualitätsanforderungen wie Belastbarkeit,
Langlebigkeit, Effizienz und Wirkungsgrad zur Verfügung. In den Forschungs-
arbeiten werden für komplexe Mikrostrukturen verschiedener Werkstoffklassen
digitale Zwillinge erstellt.
Neue Simulationsverfahren erlauben das Design von Werkstoffen nach Maß
wie z. B. Legierungen mit bestimmter Zusammensetzung, die Analyse von Ein-
flussfaktoren und Prozessführungsbedingungen auf die Mikrostrukturausbildung
sowie die systematische Untersuchung von Gefüge-Eigenschafts-Korrelationen.
Oftmals können Qualitätsmerkmale von Werkstoffen und Prozessen durch eine
geringe Änderung des Bearbeitungsvorgangs oder durch eine Variation der Zu-
sammensetzung erreicht werden. Eine solche detaillierte Bestimmung der Re-
aktion des Werkstoffs auf eine externe Beanspruchung wie z.B. auf thermische,
magnetfeldinduzierte und mechanische Belastung leisten neue Multiphysikmate-
rialmodelle und die entsprechenden Softwarepakete zur Mikrostruktursimulati-
on. Die charakteristischen Kenngrößen der Mikrostruktur sind ausschlaggebend
für die Eigenschaften des Werkstoffs. Als ein repräsentatives Beispiel ist in vie-
len Herstellungsprozessen die Kornstruktur und die Korngrößenverteilung ein
entscheidendes Kriterium für die Härte, für Bruchfestigkeit und Degradation
eines Materials. Simulationen ermöglichen den in-situ Einblick nicht nur in das
Endgefüge, sondern auch in den dreidimensionalen zeitabhängigen Strukturbil-
dungsprozess. Durch eine gezielte Prozessführung lässt sich die Gefügeentste-
hung kontrolliert beeinflussen und Material mit spezifischen Eigenschaften wie
z. B. Festigkeit, Permeabilität oder elektrischer Ladungskapazität computergestützt
designen. Die Berechnungen ersetzen zu einem hohen Maß die experimentelle,
metallographische und mechanische Gefügecharaktcrisierung, die oftmals eine
Zerstörung der Bauteile erforderlich macht. Der Werkstoff, das Bauteil und der
Prozessablauf der Zukunft lassen sich durch Verfahren der Werkstoffsimulation
ressourcen- und energieeffizient am Computer entwerfen. Aufwendige Versuche
lassen sich einsparen und Schwachstellen können im Designstadium am Compu-
ter ausgebessert werden.
Durch Anwendung fortschrittlicher Data Science Methoden und ma-
schineller Lernmethoden auf Simulations- und Experimentdaten werden
Datenverarbeitungs-Workflows generiert und Sensitivitätsanalysen der Mikro-

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