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    Two-scale topology optimization with heterogeneous mesostructures based on a local volume constraint
    (Berlin : Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, 2021) Ebeling-Rump, Moritz; Hömberg, Dietmar; Lasarzik, Robert
    A new approach to produce optimal porous mesostructures and at the same time optimizing the macro structure subject to a compliance cost functional is presented. It is based on a phase-field formulation of topology optimization and uses a local volume constraint (LVC). The main novelty is that the radius of the LVC may depend both on space and a local stress measure. This allows for creating optimal topologies with heterogeneous mesostructures enforcing any desired spatial grading and accommodating stress concentrations by stress dependent pore size. The resulting optimal control problem is analysed mathematically, numerical results show its versatility in creating optimal macroscopic designs with tailored mesostructures.
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    Topology optimization subject to additive manufacturing constraints
    (Berlin : Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, 2019) Ebeling-Rump, Moritz; Hömberg, Dietmar; Lasarzik, Robert; Petzold, Thomas
    In Topology Optimization the goal is to find the ideal material distribution in a domain subject to external forces. The structure is optimal if it has the highest possible stiffness. A volume constraint ensures filigree structures, which are regulated via a Ginzburg-Landau term. During 3D Printing overhangs lead to instabilities, which have only been tackled unsatisfactorily. The novel idea is to incorporate an Additive Manufacturing Constraint into the phase field method. A rigorous analysis proves the existence of a solution and leads to first order necessary optimality conditions. With an Allen-Cahn interface propagation the optimization problem is solved iteratively. At a low computational cost the Additive Manufacturing Constraint brings about support structures, which can be fine tuned according to engineering demands. Stability during 3D Printing is assured, which solves a common Additive Manufacturing problem.
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    Kontrolle supraleitender Wirbeldynamik in Nb rolled-up-Nanostrukturen : Laufzeit des Vorhabens: 01.04.2013-31.03.2016
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek (TIB), 2016) Fomin, Vladimir M.; Schmidt, Oliver G.; Bürger, Danilo; Lösch, Sören; Rezaev, Roman; Levchenko, Evgenii; Dusaev, Renat
    Der Bericht enthält eine vollständige Beschreibung des wissenschaftlichen Forschungsprojekts, das durch die bilaterale BMBF-Russland-Forschungsförderung 01 DJ13009 finanziert wurde. Die Projektdauer wird in drei Perioden unterteilt, die jeweils dem Jahr der Umsetzung entsprechen. Die grundlegende Aufgabe des Projekts war es zu untersuchen, wie die Nanostrukturierung von Materialen die supraleitenden Eigenschaften ändert. Auf Basis der zeitabhängigen Ginzburg-Landau Theorie wurde das mathematische Modell der supraleitenden Phänomene in krummlinigen Nanostrukturen erstellt. Die Validierung des Modells wurde durch Vergleich mit verfügbaren experimentellen Daten für planare Strukturen durchgeführt. Weiterhin wurde das erarbeitete Modell zur Untersuchung der Wirbeldynamik in krummlinigen Nanostrukturen in einem Magnetfeld angewendet. Der Einfluss von Pinning-Zentren und die Dissipation der Energie in Abhängigkeit von den Randbedingungen wurden analysiert. Die im Rahmen des Projekts erhaltenen wissenschaftlichen Ergebnisse zeigen deutlich die Vorteile der gekrümmten supraleitenden Nanostrukturen in modernen Anwendungen der Supraleitung. Während des Projekts wurde eine innovative Software entwickelt, welche als Instrument für das virtuelle Design von Experimenten in supraleitenden gekrümmten Nano- und Mikrostrukturen genutzt werden kann.
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    Liquid-liquid dewetting: Morphologies and rates
    (Berlin : Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, 2016) Bommer, Stefan; Seemann, Ralf; Jachalski, Sebastian; Peschka, Dirk; Wagner, Barbara
    The dependence of the dissipation on the local details of the flow field of a liquid polymer film dewetting from a liquid polymer substrate is shown, solving the free boundary problem for a two-layer liquid system. As a key result we show that the dewetting rates of such a liquid bi-layer system can not be described by a single power law but shows transient behaviour of the rates, changing from increasing to decreasing behaviour. The theoretical predictions on the evolution of morphology and rates of the free surfaces and free interfaces are compared to measurements of the evolution of the polystyrene(PS)-air, the polymethyl methacrylate (PMMA)-air and the PS-PMMA interfaces using in situ atomic force microscopy (AFM), and they show excellent agreement.