Buchveröffentlichungen

7. Workshop Bau-Protect - Tagungsband#

Der moderne bauliche Schutz dient dem Schutz der Bevölkerung und deren Sachwerten, sowie dem Schutz der kritischen Infrastrukturen und historischen Kulturgütern. Dabei kann der bauliche Schutz nicht als isoliertes Element gesehen werden, sondern als Element einer ganzheitlichen Sicherheitsplanung und Umsetzung. Während die technische Lösung vieler Problemstellungen erzielt werden konnte, stellen die Sensibilisierung gegenüber den Gefährdungen, Akzeptanz der Lösungen und die Bewertung der Effizienzsteigerung weiterhin eine Herausforderung dar. Hier setzt die Bau-Protect an und greift die Implementierung einer physikalischen Resilienz als eine interessante Erweiterung der etablierten Sicherheitsarchitekturen auf. Die Entscheidungsträger und die am Bau Beteiligten sollen umfassend und anwendungsbezogen über die Risiken, die technischen und organisatorischen Möglichkeiten, deren Performanz und die damit verbundenen Kosten-Nutzen-Effekte des bauliche Schutzes informiert werden. Die Ausführungen im vorliegenden Buch bilden die detaillierten, aber anwendungsbezogenen Fragestellungen und dazugehörigen Lösungen komprimiert, anschaulich und verständlich ab.

Hier können Sie den Tagungsband im Fraunhofer-Bookshop bestellen 

Computer Simulation in Physics and Engineering#

Mit seinem Werk »Computer Simulation in Physics and Engineering« hat Herr Steinhauser ein lange überfälliges Lehrbuch für weithin verwendete Verfahren und Methoden der Computersimulation in der Physik und anderen Disziplinen wie zum Beispiel den Materialwissenschaften geschaffen. Es bietet eine Einführung in moderne, rechnerbasierte Simula­tionsverfahren und vermittelt dabei sowohl die theoretischen Grundlagen als auch die Anwendungen in diesem Bereich.

Der erste Teil des Buches befasst sich mit den Grundlagen des maschinellen Rechnens, den Algorithmen, der Modellbildung und bietet eine Einführung in die Programmiersprache C. Dabei werden grundlegende numerische Verfahren wie die numerische Integration vorgestellt. Des Weiteren führt das Buch in die statistische Physik und die Verwendung von Potenzial-Modellen zur Beschreibung von Teilchen- und Molekülwechselwirkungen ein. Im zweiten Teil stellt Herr Steinhauser mit der Molekulardynamik und der Monte-Carlo-Simulation zwei grund­legende und für die Physik wichtige Verfahren vor. Die Molekulardynamik errechnet auf Basis physikalischer Modelle die Reaktionen und Dynamik eines Moleküls. Die Monte-Carlo-Simulation verwendet Zufallszahlen zur Darstellung eines Systemverhaltens, wenn verschiedene mögliche Ergebnisse existieren, die mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten auftreten. Diese Verfahren werden mit Beispielen beleuchtet und Lösungsvorschläge als Quelltext aufgeführt, wodurch sich ein anwendungsorientiertes Lernen anbietet.

Das 2012 im Verlag Walter de Gruyter erschienene Buch vermittelt sowohl die theoretischen Grundlagen als auch Anwendungen und nützliche Kniffe, die häufig über viele Veröffentlichungen hinweg verstreut sind. Damit erfüllt dieses Lehrbuch ein Forschungsdesiderat und schließt für jeden Wissenschaftler und jede Wissenschaftlerin, der oder die mit rechnerbasierten Simulationsverfahren arbeitet, eine Lücke in der Fachliteratur. Neben der Lehrbuchfunktion liefert Herr Steinhausers Buch zusätzlich Fallstudien und Übungen, die sich für eine begleitende Veranstaltungslektüre anbieten.

Hier finden Sie das Buch auf den Seiten des Verlags Walter de Gruyter. 

Predictive Modeling of Dynamic Processes#

Der 60. Geburtstag des Institutsleiters war neben dem Institutsjubiläum der zweite Anlass, eine Festschrift zu erstellen. Herausgeber Professor Dr.-Ing. habil. Stefan Hiermaier wandte sich an langjährige Wegbegleiter, Kollegen und Freunde von Professor Dr. Thoma, um unter dem Titel »Predictive Modeling of Dynamic Processes« Co-Autoren zu finden. Die Resonanz auf die Nachfragen war überwältigend. Nationale wie internationale Kollegen waren gerne bereit, zu Ehren von Klaus Thoma an einer Festschrift mitzuwirken.
 
Die Vielzahl der Autoren und das weite Spektrum ihrer Fachgebiete ermöglichte ein Buch, das in der Tat das Schaffensspektrum des Jubilars abzudecken in der Lage war. So konnten mit den Beiträgen die drei Kernbereiche der Simulation von Crashsituationen, der Numerik für Impakt- und Blastvorgänge sowie der rechnergestützten Untersuchung des Hypervelocity-Impact-Sektors erfasst werden. In jedem einzelnen Beitrag gelang es, den jeweiligen Stand der Forschung darzustellen und die aktuellen Herausforderungen an die numerischen Methoden sowie an die experimentelle Charakterisierung von Werkstoffen zu benennen. 

Dank der Disziplin der Autoren und der Zuverlässigkeit des Springer-Verlags wurde das Buch pünktlich zum Geburtstag von Professor Dr. Thoma fertig. Seiner Reaktion nach zu urteilen, war es für ihn ein ganz besonderes Geschenk. Und eine Überraschung dazu, weil bis zuletzt alle Beteiligten das Projekt »Festschrift Thoma« geheim hielten. Offiziell überreicht wurde das Buch im Rahmen eines wissenschaftlichen Kolloquiums gleichen Titels einen Monat nach dem Geburtstag.

Hier finden Sie das Buch auf den Seiten des Springer-Verlags. 

Structures Under Crash and Impact#

Unter dem Dach der heutigen Hauptabteilung »Werkstoffcharakterisierung und Numerische Simulation« etablierten sich in den Jahren seit 1996 zwei eng verzahnte Forschungsgebiete des Instituts: die experimentelle Charakterisierung mechanischerWerkstoffeigenschaften unter dynamischen Lasten und die Entwicklung prognosefähiger Software zur Simulation von Crash- und Impaktvorgängen sowie der Stoßwellenausbreitung in Fluiden und Festkörpern. Betont wurden dabei immer die wechselseitige Ergänzung und der daraus resultierende Zugewinn an Erkenntnis. 

Gemeinsame Akquisition und Bearbeitung von Projekten wurde dadurch ebenso zum Normalfall für die experimentellen und theoretischen Gruppen wie Promotionen mit kombinierten Inhalten aus den beiden Forschungsgebieten. 

Eine zusammenhängende Darstellung der für die Untersuchung von Crash und Impaktvorgängen immer wieder benötigten theoretischen Grundlagen aus den Bereichen Kontinuumsmechanik,numerische Simulation und Werkstoffprüfung war Ziel des im Dezember veröffentlichten Buches von Stefan Hiermaier: »Structures under Crash and Impact«. Konstitutive Modelle fürunterschiedlichste Werkstoffklassen unter statischen und dynamischen Lasten werden darin ebenso behandelt wie die Thermomechanik der Stoßwellenausbreitung in Festkörpern. Das Spektrum der behandelten mathematischen Formulierungen spiegelt die in der Hauptabteilung untersuchtendynamischen Prozesse wider. Das Buch ist im Springer-Verlag erschienen.

Hier finden Sie das Buch auf den Seiten des Springer-Verlags. 

Computational Multiscale Modeling of Fluids and Solids – Theory and Applications#

Die Entwicklung physikalischer Modelle von kondensierter Materie und deren Anwendung in numerischen Simulationen erfordert umfassende physikalische Einsicht in die wesentlichen Aspekte, die das Materialverhaltenauf den betrachteten Zeit- und Längenskalen bestimmen. Um den Zusammenhang zwischen atomarer und molekularer Struktur und den makroskopischen Materialeigenschaften aufzuklären, benutzt und kombiniert die Materialforschung physikalische Modellvorstellungen, deren analytische oder numerische Behandlung in der Regel auf bestimmte Größenordnungen und Zeitskalen beschränkt ist. Durch neue methodische und numerische Entwicklungen ist es jedoch möglich geworden, den Anwendungsbereich von etablierten Modellen auf Multiskalen, d.h. größere Bereiche der räumlichen und zeitlichen Auflösung, zu erweitern. Seit dem Jahr 2003 sind am Ernst-Mach-Institut atomistische molekulardynamische Methoden und statistische Monte-Carlo- Verfahren, die auf vielen Längen- und Zeitskalen eingesetzt werden können, etabliert und werden sowohl in der Auftragsforschung als auch in der Grundlagenforschung erfolgreich eingesetzt. Das vor Kurzem im Springer-Verlag erschienene Lehrbuch von Martin Steinhauser »Computational Multiscale Modeling of Fluids and Solids – Theory and Applications« behandelt in konzentrierter und einheitlicher Form die fundamentalen physikalischen Theorien und mathematischen Grundlagen sowie viele grundlegende numerische Techniken, die zur Materialmodellierung und Simulation auf Multiskalen benötigt werden. Das Buch besteht aus zwei Teilen: Teil 1 behandelt die physikalischen, algorithmischen und mathematischen Grundlagen, die amAnfang jeder numerischen Modellierung stehen. In Teil 2 werden systematisch die verschiedenen Methoden und Modelle auf atomistischer, mikroskopisch-mesoskopischer und makroskopischer Ebene behandelt. Beispiele aus der langjährigen Forschungstätigkeit des Autors erläutern viele Anwendungen numerischer Techniken, die auf Höchstleistungsrechnern effizient eingesetzt werden können. Boxen fassen wesentliche Aussagen in übersichtlicher Form zusammen und häufige, erläuternde Beispiele im Text sowie Übungsaufgaben am Ende einiger Kapitel gestatten dem Leser, seine Einsicht in die behandelten Themen im Selbststudium zu vertiefen.

Hier finden Sie das Buch auf den Seiten des Springer-Verlags.