Phasentransformationen

Phasen kennzeichnen verschiedenen Zustände, in denen Materie auftreten kann, einschließlich der klassischen Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig. Darüber hinaus umfassen Phasen auch unterschiedliche strukturelle Formen innerhalb von Festkörpern, wie zum Beispiel verschiedene Kristallgitterstrukturen. Phasentransformationen beziehen sich auf den Wechsel von einer Phase in eine andere und sind von zentraler Bedeutung in zahlreichen natürlichen Vorgängen sowie in industriellen Anwendungen. Das Verständnis und die Modellierung dieser Übergänge sind essenziell, um Prozesse zu verstehen und zu optimieren sowie neue Materialien zu entwickeln. Phasentransformationen sind insbesondere bei der Herstellung und Nutzung von Glas und Formgedächtnislegierungen von großer Bedeutung. Bei Glas beeinflussen Phasenübergänge entscheidend die optischen Eigenschaften und die mechanische Stärke. Bei Formgedächtnislegierungen ermöglichen Phasentransformationen bemerkenswerte Eigenschaften, wie die Fähigkeit, nach einer Temperaturänderung in eine vorher definierte Form zurückzukehren oder sehr große reversible Verformungen.

Es existieren verschiedene Techniken zur Modellierung von Phasentransformationen. Ein zentrales Konzept in der klassischen Mechanik hierfür ist das Hamilton-Prinzip. Dieses Prinzip bietet einen eleganten und universellen Rahmen für die Herleitung von Materialgleichungen, weshalb es von uns am IKM genutzt wird. Die daraus abgeleiteten Materialgleichungen werden anschließend sowohl in wissenschaftliche als auch industriell eingesetzte Softwarepakete implementiert. Um sicherzustellen, dass die Simulationsmodelle die realen physikalischen Phänomene akkurat abbilden, werden die Simulationsergebnisse mit Daten aus Experimenten verglichen. Die Simulationsmodelle ermöglichen Ingenieure und Wissenschaftler vorhersagen, wie Materialien unter verschiedenen Bedingungen reagieren, und erlauben so, neue Designs und Konstruktionen zu entwickeln.