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Universität Stuttgart: Dynamische Simulation von Systemen mit großen Teilchenzahlen

 

Schon bei Teilchenzahlen von einigen Tausend gehören solche Simulationen zum Gebiet des Höchstleistungsrechnens, bei Teilchenzahlen von einigen Millionen erfolgt der Vorstoß an die Grenzen des derzeit Machbaren. Zur Behandlung noch größerer Systeme können Vielteilchenmethoden mit Kontinuumsmethoden durch hybride Ansätze gekoppelt werden.

Die für solche Simulationen eingesetzten Methoden und Werkzeuge sind trotz der Unterschiede in den Anwendungsfeldern eng verwandt. Ungeachtet dessen erfolgen die Arbeiten auf dem Gebiet der dynamischen Simulation von Systemen mit großen Teilchenzahlen bislang fast immer nach Anwendungsfeldern getrennt. Synergien, insbesondere auf methodischem Gebiet, werden kaum genutzt. Im SFB 716 haben sich deshalb an der Universität Stuttgart Institute aus dem Maschinenbau, der Physik, der Biochemie und der Informatik zusammengeschlossen, um mit den so gebündelten Kräften die Methoden der dynamischen Simulation von Systemen mit großen Teilchenzahlen so weiterzuentwickeln, dass ihr Potential in Zukunft auch in der industriellen Forschung und Entwicklung genutzt werden kann.

Im SFB 716 werden zunächst die Grundlagen für die direkte dynamische Simulation der interessierenden Systeme mit großen Teilchenzahlen über hinreichend lange Zeiten geschaffen. Dabei wird der gesamte Prozess von der Kraftfeldentwicklung über die numerische Simulation und Auswertung der Daten bis hin zur Anwendung der Ergebnisse ganzheitlich optimiert. Entscheidend hierfür ist das enge Zusammenwirken von Anwendern aus den Ingenieur- und Naturwissenschaften mit der Informatik. Mit den Simulationen lassen sich großräumige kooperative Effekte allein auf der Grundlage der Kenntnis der Kräfte zwischen den Einzelteilchen vorhersagen.

Das hierbei Erreichbare wird im SFB 716 in Pilotprojekten demonstriert. Durch eine Fokussierung auf die drei Anwendungsfelder Strömungsmechanik und Thermodynamik, Materialwissenschaften und Mechanik sowie Biochemie und Biophysik wird in jedem dieser Felder eine kritische Masse geschaffen, die es erlaubt, in der internationalen Spitzengruppe zu agieren. In den Projekten werden unmittelbar Erkenntnisse gewonnen, die mit anderen Methoden nicht zu erhalten sind. Stuttgart ist für den SFB 716 aufgrund der bereits etablierten Zusammenarbeit zwischen Ingenieur- und Naturwissenschaften, der Informatik und seines Höchstleistungsrechenzentrums ein idealer Standort. Der SFB 716 schafft hier einen weltweit einzigartigen fach- und fakultätsübergreifenden Verbund.

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