KIT | KIT-Bibliothek | Impressum | Datenschutz

Massiv-parallele und großskalige Phasenfeldsimulationen zur Untersuchung der Mikrostrukturentwicklung

Hötzer, Johannes

Abstract:
Für maßgeschneiderte Bauteile mit definierten Eigenschaften ist ein detailliertes Verständnis der Mikrostrukturentwicklung notwendig.
Phasenfeldsimulationen erlauben es, gezielt den Einfluss von verschiedenen physikalischen Parametern sowie von Prozessparametern auf die Mikrostrukturentwicklung zu untersuchen.
Im ersten Teil wird die Mikrostrukturentwicklung bei der ternären eutektischen gerichteten Erstarrung untersucht.
Hierzu wird die hoch optimierte Umsetzung des Phasenfeldmodells auf Basis des Großkanonischen Potentialansatzes im massiv-parallelen waLBerla-Framework gezeigt.
In Messungen wird damit auf einem Rechenkern eine Peak Performance von 27,1% sowie ein nahezu ideales Skalierungsverhalten mit bis zu 1048576 Prozessen erreicht.
Ausgehend von Simulationsstudien in 2D zu gekipptem Wachstum wird das in Experimenten vermutete und räumlich komplexe Wachstum von Spiralen in großskaligen 3D-Simulationen nachgewiesen.
Die Musterbildung vor und nach der Löslichkeitsänderung während der Erstarrung im System Al-Ag-Cu sowie der Einfluss von verschiedenen Geschwindigkeitswechseln auf die Musterbildung wird qualitativ wie auch quantitativ untersucht.
Hierbei wird eine gute Übereinstimmung mit Experimenten gefunden.
Im zweiten Teil wird die Mikrostrukturentwicklung unter dem Einfluss von Poren an Korngrenzen während des Endstadiums des Sinterprozesses analysiert. ... mehr

Abstract (englisch):
For the development of applications with defined properties, a detailed understanding of the underlying microstructure evolution is needed.
Phase-field simulations specifically allow to investigate the effects of the various physical and process parameters on the microstructure evolution.
The first part investigates the microstructure evolution in ternary eutectic alloys during directional solidification.
Therefor, a highly optimized phase-field model, based on the Grand potential approach, is implemented in the massive parallel waLBerla-framework.
In measurements, a peak performance of 27,1% on a single core and a nearly ideal scaling behavior on up to 1048576 processes is reached.
Based on 2D simulations of tilted growth, the experimentally assumed and spatial complex phenomena of spiral growth is shown in large-scale simulations. ... mehr

Open Access Logo


Volltext §
DOI: 10.5445/IR/1000069984
Coverbild
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien - Computational Materials Science (IAM-CMS)
Publikationstyp Hochschulschrift
Jahr 2017
Sprache Deutsch
Identifikator urn:nbn:de:swb:90-699844
KITopen-ID: 1000069984
Verlag KIT, Karlsruhe
Umfang VIII, 198 S.
Abschlussart Dissertation
Fakultät Fakultät für Maschinenbau (MACH)
Institut Institut für Angewandte Materialien - Computational Materials Science (IAM-CMS)
Prüfungsdatum 12.05.2017
Referent/Betreuer Prof. B. Nestler
Schlagworte phase-field, massiv parallel, ternary eutectic directional solidification, gerichtete ternäre eutektische Erstarrung, sintering, Sintern, simulation, Simulation, Al-Ag-Cu, pores, Poren
Relationen in KITopen
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
KITopen Landing Page