In ihrer Forschung wurde das Verhalten von heterogenen Materialien - von polykristallinen bis porösen Materialien - unter Stoßkompression mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen analysiert. Stoßwellen sind in vielen Arbeitsbereichen allgegenwärtig und werden sowohl in der Physik als auch den Ingenieurwissenschaften umfangreich untersucht. Sie sind von elementarem Interesse für geologische und kosmische Prozesse, bei denen sie beispielsweise einen Einblick in das Verständnis von Meteoriteneinschlägen ermöglichen.

Die Resultate können verwendet werden, um Materialien mit verbesserten Eigenschaften bei Hochgeschwindigkeitsstößen zu konzipieren. Ein Schwerpunkt der Arbeit wurde auf den Einfluss der Phasenumwandlung von bcc nach hcp und vice-versa bei Stoßkompression von polykristallinem Eisen und Eisen-Kohlenstoff und die damit verbundenen Änderungen der plastischen Eigenschaften gelegt. Die Fragestellung ist von aktueller Bedeutung, da durch intensive Laserpulse wohldefinierte Druckwellen durch das Material propagiert werden können. Außerdem sind moderne experimentelle Methoden wie beispielsweise die Röntgenbeugung in der Lage, den Durchlauf der Stoßwelle mit hoher zeitlicher und örtlicher Auflösung zu verfolgen.

Erstmals konnte in Übereinstimmung mit Experimenten die sogenannte 3-Wellen-Struktur aus elastischer Kompression, plastischer Verformung und der Phasentransformationsfront mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen gefunden werden. Diese hat einen entscheidenden Einfluss auf die Materialeigenschaften und ist damit von hoher wissenschaftlicher Bedeutung. Damit wurden neue Zugangswege erschlossen, um die Materialeigenschaften von Eisen unter extremen Bedingungen zu studieren.

Poröse Stoffe wie beispielsweise Metall-Nanoschäume weisen wegen ihres geringen Gewichts und der hohen Festigkeit vielversprechende Material-Charakteristika unter Hochgeschwindigkeits-Einschlagsbelastung auf. Hier bildet sich ebenfalls eine charakteristische 3-Wellen-Struktur, die zu drei Regimes der Materialantwort zugeordnet werden kann: elastische Deformation, plastisches Verhalten und vollständiges Kollabieren oder Kompaktifizieren des Metallschaums. Die Versetzungsbildung in den Filamenten konnte veranschaulicht und mit dem Geschwindigkeitsprofil korreliert werden. Wenn poröse granulare Körper auf eine Wand auftreffen, werden sie ebenfalls kompaktifiziert. Allerdings verhält sich granulare Materie im Vergleich zu Schaumstrukturen unterschiedlich in der Hinsicht, dass die Kompaktifizierung inhomogen ist und sich auf das gesamte granulare Projektil auswirkt. Mit Hilfe eines granular-mechanischen Algorithmus konnte die SWZ-Juniorprofessorin den Aufprall eines porösen granularen Aggregats, das aus adhäsiven mikrometergroßen Quarzkörnern besteht, auf eine harte Wand simulieren. Eine Kompaktifizierungswelle propagiert durch das Projektil und infolgedessen baut sich ein inhomogenes Dichteprofil aus. Der Grad der Kompaktifizierung sinkt mit größerem Abstand vom Aufprallpunkt.

Die Dozenten kommen von der Oxford University, aus Japan, Brasilien und Indonesien: Das Simulationswissenschaftliche Zentrum Clausthal-Göttingen (SWZ) trägt der Internationalisierung in Forschung und Lehre Rechnung und organisiert vom 2. bis 6. Dezember erstmals eine International Teaching Staff Week an der Technischen Universität Clausthal. Die Teilnahme ist kostenfrei.

Zielgruppe der innovativen Weiterbildungswoche sind insbesondere Masterstudierende, Promovierende und Uni-Beschäftigte aus den Bereichen Materialphysik, Geowissenschaften, Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Mathematik/Informatik. „Thematisch werden insbesondere verschiedene Simulations­methoden in den Material­wissenschaften vorgestellt und gezeigt, wie diese mit Hilfe von High-Performance Computing beschleunigt werden können.“, sagt Professorin Nina Gunkelmann, stellvertretende SWZ-Vorsitzende. Unterstützung erhält das Forschungszentrum bei der Durchführung der International Teaching Week, die auf Englisch stattfindet, vom Internationalen Zentrum Clausthal.

Begleitet werden die täglichen Veranstaltungen in unterschiedlichen Hörsälen von besonderen Angeboten, etwa dem Besuch der Iberger Tropfsteinhöhle, des Weihnachtsmarktes in Goslar und des UNESCO-Weltkulturerbes Rammelsberg (Besucherbergwerk und Museum). Als besonderes Highlight bietet das Rahmenprogramm den Teilnehmerinnen und Teilnehmern einen internationalen Science Slam in Kooperation mit Science on the Rocks e.V..

Die Teilnahme an dieser internationalen Veranstaltung wird mit einem Zertifikat bescheinigt.