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Institut für Energie- und Klimaforschung

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3D Analyse

3D Analyse, Modellierung und Simulation der Mikrostruktur und Transportprozesse in faserbasierten porösen Werkstoffen

3D-Analyse

In diesem BMBF geförderten Verbundprojekt werden stochastische und numerische Methoden der angewandten Mathematik entwickelt und miteinander kombiniert, um anspruchsvolle Probleme der industriellen Materialforschung zu untersuchen. Dabei werden Mikrostrukturmodelle der stochastischen Geometrie (Uni. Ulm) und numerische Transportmodelle (Forschungszentrum Jülich) für faserbasierte poröse Werkstoffe mit dem Ziel verknüpft, die Wirkung der 3D Morphologie auf die in ihr ablaufenden Stofftransportprozesse besser zu verstehen. Das Ergebnis dieser ganzheitlichen mathematischen Modellierung ist die Entwicklung und Implementierung effizienter Simulationsalgorithmen für virtuelle Szenarienanalysen auf Supercomputern des Forschungszentrums, um gleichzeitig 3D Materialstruktur und Stofftransport in großen Gebieten hochaufgelöst analysieren zu können.

Das Ziel ist die Identifikation morphologischer Mikrostrukturen, die günstig für den Stofftransport sind. Die Ergebnisse dieses virtuellen Materialdesigns sollen exemplarisch bei der Untersuchung der von der Fa. FFCCT hergestellten Gasdiffusionslagen vom Vlies-Typ eingesetzt und für deren Verbesserung als Bauteil in Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (PEFC) genutzt werden. Um die Modelle für virtuelles Materialdesign einsetzen zu können, werden Synchrotron-tomographische 3D-Datensätze (TU Berlin und BAM) und in der industriellen Praxis leichter verfügbare 2D-Datensätze realer Materialien als Grundlage für die mathematische Modellierung und die Simulationsrechnungen genutzt. Dies ermöglicht durch Anpassung und Vergleich geometrischer Charakteristika der Strukturmodelle und der Bilddaten Simulationen mit hoher Prognosefähigkeit.

Koperationspartner:

Universität Ulm, Institut für StochastikUniversität Ulm, Institut für Stochastik
Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich Supercomputer CentreForschungszentrum Jülich GmbH, Jülich Supercomputer Centre
Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM), Fachgruppe VIII.3 - Radiologische Verfahren, BerlinBundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM), Fachgruppe VIII.3 - Radiologische Verfahren,  Berlin
Technische Universität Berlin (TUB), Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologienTechnische Universität Berlin (TUB), Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologien
Fa. Freudenberg Fuel Cell Components Technology KG (FFCCT), WeinheimFa. Freudenberg Fuel Cell Components Technology KG (FFCCT), Weinheim

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