Jahresbericht 2010 - Aufgaben und Ergebnisse - DFG

Produzenten von technischen Gläsern
und Glasartikeln mit Sitz in Mainz, an
der Entwicklung geeigneter Oberflächenbeschichtungen
gearbeitet wird.
2010 hat Ciacchis Emmy Noether-
Gruppe durch ihre Simulationen
zudem herausgefunden, wie der in
Millisekunden ablaufende Oxydationsprozess
bei Kobalt-Chrom-Legierungen
im Kontakt mit Wasser und Luft
beginnt: im Gesamtkomplex grundlegenden
Verständnisses ein – wenn auch
kleiner – Mosaikstein mehr. Denn die
große Herausforderung besteht auch
bei Ciacchi darin, Simulationserkenntnisse
in den großen Zusammenhang
des zu erforschenden Systems zu stellen.
„Oft sind unsere Modellsysteme
sehr präzise, lassen aber viele Komponenten
der Prozesskette außer Acht“,
gibt der Bremer Forscher zu bedenken.
„Ich will es schaffen, die Komplexität
der realen Welt so gut es geht in meine
Simulationen hineinzunehmen
und so die Kluft zwischen Modellierung
und Wirklichkeit bestmöglich zu
schließen.“
Ein Sturm im Wasserglas
Wie schwierig sich die Komplexität
realer Dinge am Computer modellieren
lässt, kann auch Matthias
Teschner tagtäglich bei seinen physikalisch
basierten Animationen erleben.
In seinem DFG-geförderten Projekt
über „Effiziente partikelbasierte
Ingenieurwissenschaften
Simulation von Flüssigkeiten mit
interagierenden deformierbaren und
starren Objekten“ stellt schon der in
Wirklichkeit simple Versuch, Wasser
in ein Glas zu füllen, eine gewaltige
virtuelle Herausforderung dar.
„Noch vielschichtiger wird es, wenn
Flüssigkeit mit einem Löffel umgerührt
wird oder eingeschlossene
Luftblasen in der Simulation berücksichtigt
werden sollen“, sagt der
Informatikprofessor der Freiburger
Albert-Ludwigs-Universität. „Einerseits
hat man da einen sehr großen
Dichteunterschied, und andererseits
Effekte, die sich überlagern.“ Tatsächlich
verdrängt die aufsteigende
Luftblase die Flüssigkeit und wird
durch diese gleichzeitig in ihrer Bewegung
beeinflusst und verformt:
„Das Zusammenspiel dieser Kräfte in
physikalisch basierten Animationen
effizient zu realisieren, ist äußerst
schwierig.“
Um den Problemen Herr zu werden,
nutzt Teschners Gruppe eine etablierte
Simulationsmethode, die sich
„Smoothed Particle Hydrodynamics“
(SPH) nennt und die auf dem Grundgedanken
basiert, Flüssigkeiten als
eine Summe miteinander agierender,
punktförmiger Partikel mit kugelförmigem
Einflussgebiet zu begreifen.
Pro Wasserglas sind dies Millionen von
Partikeln, die aufeinanderwirken, sich
durcheinanderwirbeln, beschleunigen
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