Internationale Doktorandengruppe "Scientific Computing in Engineering" eingerichtet

Die besten Nachwuchswissenschaftler nach Bremen holen: Genau das gelang jetzt dem Fachbereich Mathematik/Informatik der Universität Bremen. Unter Federführung des Zentrums für Technomathematik ist die Internationale Doktorandengruppe „Scientific Computing in Engineering“ eingerichtet worden. Ende November 2004 fand die feierliche Eröffnung statt. Bereits Anfang Oktober begannen – zunächst acht – Studierende aus sechs Nationen ihre Promotion.

Das Doktorandenprogramm wird vom Land Bremen und von der Universität finanziert. Es konnte sich in einem harten Wettbewerb wegen des ungewöhnlichen wissenschaftlichen Anspruchs, des innovativen Konzepts, der interdisziplinären und internationalen Ausrichtung durchsetzen. Das hochkarätige Gutachter-Gremium von auswärtigen Experten überzeugte vor allem, dass in den Doktorarbeiten nicht mehr Einzelmodelle, sondern Prozessketten betrachtet werden. Derartige Projekte können nicht mehr innerhalb einzelner Wissenschaftsdisziplinen bearbeitet werden. Die Doktoranden forschen deshalb in Tandems aus je einem Ingenieur- und einem Mathematikdoktoranden zusammen. Auch Betreuer der Doktoranden kommen aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Einrichtungen: neben dem ZeTeM aus dem Institut für Werkstofftechnik (IWT), dem Institut für Theoretische Elektrotechnik und Mikroelektronik (ITEM), dem Bremer Institut für Angewandte Strahltechnik (BIAS) und dem Fachbereich Produktionstechnik.

Worum geht es beim „Scientific Computing in Engineering“? Kein modernes Industrieunternehmen fertigt neue Maschinen oder Produkte, ohne deren Funktionalität zuvor am Computer modelliert und simuliert zu haben. Die dabei betrachteten Prozessketten werden immer komplexer und sie erfordern in zunehmendem Maße die Verknüpfung von Einzelaspekten, die bisher getrennt modelliert wurden. Die Schnittmenge der unterschiedlichen Anwendungsfelder des Wissenschaftlichen Rechnens sind Modellierung, mathematisch fundierte Methodenentwicklung und numerische Simulation. Dies sind die zentralen Forschungsthemen der Doktorandengruppe SCiE, und diese bilden den gemeinsamen wissenschaftlichen Kern des Programms. In den Schwerpunktbereichen Materialwissenschaften, Fertigungstechnik und Mikroelektronik wird hier eine mathematisch-ingenieurwissenschaftliche Gesamtbetrachtung einiger ausgewählter Prozessketten vorgenommen. Darüber hinaus erfordern Interdisziplinarität, Tandembildung und internationale Zusammensetzung von den Kollegiaten ein hohes Maß an wissenschaftlicher und sozialer Kommunikationsfähigkeit. Mit dem Erwerben von Fachkompetenzen und „Soft Skills“ wird zugleich auch ein erfolgreicher Berufseinstieg nach Abschluss der Promotion unterstützt.

Die Forschungsprojekte

Projekt 1: Selbstoptimierende Simulation lasergeschweißter Verbindungen unter Zugabe von Zusatzwerkstoff

In diesem Projekt soll das Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen unter Verwendung von Zusatzwerkstoff mathematisch modelliert und effiziente numerische Verfahren (zum Beispiel adaptive Finite-Elemente-Methoden) zur Lösung der resultierenden Multiskalenmodelle entwickelt werden. Auf der Basis numerischer Simulationen können dann selbstregulierende Optimierungsstrategien für das Laserstrahlschweißen erarbeitet werden.

Projekt 2: Modellierung und Simulation thermochemischer Wärmebehandlungsverfahren

Thermochemische Verfahren, etwa Aufkohlen/Carbonitrieren oder Nitrieren/Nitrocarburieren, werden in der Stahlproduktion eingesetzt, um definierte Zustände in der Randschicht der Werkstücke zu erreichen. In diesem Projekt sollen experimentelle Untersuchungen mit der mathematischen Modellierung und numerischen Simulation derartiger Verfahren gekoppelt werden. Dabei sind insbesondere die chemischen Veränderungen (Ausscheidungsbildung u. a.) in der Randschicht oder -zone zu modellieren und experimentell wie numerisch zu untersuchen.

Projekt 3: Signalanalyse mit prozessgenerierten Wavelets für die Zustandsüberwachung von Profilschienenführungen

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Erprobung effizienter (d.h. echtzeitfähiger) Multiskalen-Verfahren für die Zustandsüberwachung von Profilschienenführungen von Werkzeugmaschinen. Auf Grundlage von Messdaten und mithilfe der Wavelet-Analysis, insbesondere der diskreten Wavelet-Transformation, sollen spezielle, prozessgenerierte und strukturangepasste Verfahren entwickelt und in Software umgesetzt werden.

Projekt 4: Modellierung und Simulation von mikrofluidischen Systemen

Vorhandene Modellierungsansätze für ein Verhaltensmodell für die Befüllung strukturierter Mikrokanäle, die zum großen Teil auf Heuristiken beruhen, sollen in mathematische Modelle überführt werden, die auch für allgemeinere mikrofluidische Systeme nutzbar sind. Numerische Verfahren für die Simulation des Systemverhaltens sind zu entwickeln, die sowohl die großen Dimensionen als auch die stark unterschiedlichen Skalen der eingehenden Parameter erfolgreich behandeln können und ebenfalls die auftretenden physikalischen Effekte behandeln.

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Fachbereich Mathematik/Informatik
Zentrum für Technomathematik
Prof. Dr. Peter Maaß
Tel. 0421 218 9497 oder ? 4443
Email: pmaass@math.uni-bremen.de