Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
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Abschlussarbeiten, HiWi-Stellen und Praktika

Molekulardynamische Simulation der Schockwelleneigenschaften organischer und anorganischer Materialien

Art der Arbeit

Masterarbeit oder Hiwi-Stelle

Motivation

Um die Sicherheit energetischer Materialien unter der Belastung durch Schockwellen in CFD-Codes simulieren zu können, werden die Eigenschaften durch sogenannte Hugoniot-Parameter beschrieben. Diese stellen einen Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit der Schockwelle und der Geschwindigkeit des nachfolgenden Materials her. Die Hugoniot-Parameter werden normalerweise experimentell bestimmt was jedoch mit großem Aufwand und Kosten verbunden ist. Für neue, nur in geringen Mengen synthetisierte, Materialien ist es zudem nicht möglich, die Parameter zu bestimmen. Eine Möglichkeit die Schockwelleneigenschaften simulativ zu bestimmen, stellen molekulardynamische Simulationen dar. Deshalb soll eine Methode geschaffen werden, um auf Basis des grundlegenden molekularen Aufbaus eines Materials, durch molekulardynamische Simulationen Hugoniot-Parameter bestimmen zu können.

Vorhabensbeschreibung

Mit Hilfe des Open Source MD-Codes LAMMPS und dem Shock Package sollen zunächst grundlegende Simulationen aufgebaut werden, mit denen Schockwellen in Materialien simuliert werden können. Dabei werden zunächst einfache Materialien ohne komplexe Molekülstruktur betrachtet. Anschließend werden Schockwellen unterschiedlicher Stärke und Geschwindigkeit simuliert und analysiert. Aus den so erzeugten Simulationsdaten, müssen die für die Hugoniot-Parameter relevanten Größen extrahiert werden und anschließend die Hugoniot-Parameter gefittet werden. Die so erzeugten Hugoniot-Parameter werden für die anorganischen Materialien durch Vergleich mit experimentellen Daten aus der Literatur validiert. Anschließend werden organische Materialien mit komplexem molekularem Aufbau simuliert und die Ergebnisse ebenfalls validiert.

Aufgaben

  • Einarbeitung in die theoretischen Grundlagen und die Nutzung von LAMMPS
  • Aufbau einer Schockwellensimulation auf Basis von Literatur bzw. dem LAMMPS Schock Package
  • Durchführung von Simulationen mit unterschiedlichen Schockwellen
  • Erarbeitung einer Methode zur Extraktion der relevanten Größen aus den Simulationsdaten und Fit der Hugoniot-Parameter
  • Validierung der Ergebnisse durch Vergleich mit Literaturdate

Voraussetzungen

  • Studium im Bereich: Physik, Maschinenbau, Chemie, Chemieingenieur

Ort

  • Pfinztal Berghausen
  • Homeoffice möglich

Beginn der Arbeit

ab sofort

  • Die Fraunhofer-Gesellschaft legt Wert auf eine geschlechtsunabhängige berufliche Gleichstellung. Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!