Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Beteiligte Institute und Disziplinen

Die übergeordnete Zielsetzung des Forschungsgruppe erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die ihre Expertise auf verschiedenen Fachgebieten in das Forschungsvorhaben einbringen. Die Kompetenzen der beteiligten Teilprojektteams sind komplementär, sodass deren Zusammenwirken ein hohes Innovationspotenzial bietet.

Bereits die technologischen Grundlagen des Forschungsvorhabens in den Materialwissenschaften erfordern ein skalenübergreifendes Verständnis der Physik und der Prozesse, sodass hierfür Mitglieder aus unterschiedlichen Fachrichtungen ihre Expertise zusammenführen müssen.

Die Abbildung beschreibt die interdisziplinäre Expertise, die erforderlich ist, um das Forschungsvorhaben erfolgreich durchzuführen. In der Mitte sind im Kreis die Fachgebiete Thermomechanik, Thermofluiddynamik und Metallkunde als zentrale Beobachtungsfelder dargestellt. Diesen werden auf der einen Seite die Skaleneneben und auf der anderen Seite die Institute als Träger der Expertise in den Bereichen Maschinenbau und Produktionstechnik, Informatik, Nummerische Mathematik, Werkstoffkunde und Materialwissenschaften zugeordnet. In der Mitte findet man die Darstellung des Projektes zur Dateninfrastruktur und -management, das von dem Lehrstuhl für Informatik der FAU ausgetragen wird.
Abbildung: Skalenübergreigende Betrachtung des Laserstrahlschweißens erfordert interdisziplinäre Zusammenarbeit mehrerer Fachgebiete. Quelle: Lehrstuhl für Photonische Technologien (LPT)

Die numerische Mathematik ist eingebunden, um moderne skalenübergreifende Finite-Element-Modelle zu entwickeln und zu analysieren. Die Informatik trägt die Kompetenz bei, diese Verfahren effizient und nachhaltig auf modernen Supercomputern zu realisieren, denn nur mit maximaler Rechenleistung können Modelle dieser Komplexität umgesetzt werden. In der internationalen Spitzenforschung in der Simulationstechnik ist es deshalb erforderlich, traditionelle Themen aus der Mathematik und der Informatik so zu erweitern und zu kombinieren, dass sie die Komplexität realitätsgetreuer physikalischer Modelle und darauf basierender Prozesse abbilden können. Natürlich müssen die algorithmischen Modelle in enger Zusammenarbeit mit den Anwendungsdisziplinen entwickelt werden. Die Umsetzung solcher Simulationsmodelle auf Höchstleistungsrechnern erfordert ein Zusammenwirken aller dieser Kompetenzen.

Mehrwert durch interdisziplinäre Zusammenarbeit

Die Zusammenarbeit der verschiedenen Fachgebiete und simulativen Ansätze innerhalb der Forschungsgruppe ergibt einen enormen Mehrwert gegenüber der isolierten Betrachtung einzelner Effekte bzw. Mechanismen im Rahmen von Einzelprojekten. Zum einen können experimentelle Methoden aufgrund der hohen Prozesstemperaturen und der geringen Zugänglichkeit nur eingeschränkt zu einem Verständnis der Erstarrungsrissentstehung beitragen. Zum anderen leiden simulative Untersuchungen aus nur einer Betrachtungsweise heraus immer daran, die komplexen Wechselwirkungen vernachlässigen zu müssen. Daher ist eine Übertragbarkeit und Quantifizierung unmöglich. Nur durch eine ganzheitliche interdisziplinäre Betrachtung der Erstarrungsrissentstehung als Spezialfall der thermomechanischen und mikrostrukturellen Vorgänge während der Erstarrung beim Laserstrahlschweißen kann ein umfassendes übertragbares und quantifizierbares Prozessverständnis erarbeitet werden. Die skalenübergreifende Modellierung mehrfach gekoppelter physikalischer Phänomene führt dabei zu einer enormen Komplexität der Software und benötigt gleichzeitig eine Rechenleistung, die aktuell ausschließlich massiv parallele Supercomputer erbringen können. Dazu ist ein interdisziplinärer Computational Engineering-Ansatz erforderlich.