Zienkiewicz-Preis 2008 an Dr.-Ing. Jens Wackerfuß

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Technische Universität DarmstadtDr. Jens Wackerfuß vom Fachgebiet Festkörpermechanik der TU Darmstadt wird am 23. Oktober 2009 in London mit dem „Zienkiewicz Medal and Prize 2008“ ausgezeichnet. Er erhält den Preis für seine Veröffentlichung „Molecular mechanics in the context of the finite element method“. Dr. Wackerfuß ist der erste deutsche Wissenschaftler, der diese Auszeichnung erhält.

In seiner Veröffentlichung stellt Jens Wackerfuß ein effizientes numerisches Verfahren vor, das zur Simulation des mechanischen Verhaltens von atomaren Strukturen dient. Ähnliche Verfahren werden bereits in unterschiedlichen Bereichen der Ingenieurwissenschaften verwendet, zum Beispiel bei Crash-Simulationen in der Automobilindustrie. Motiviert wurde die Arbeit von Dr. Wackerfuß durch die jüngst erzielten Fortschritte bei der systematischen Herstellung von Molekülstrukturen. Derartige Strukturen besitzen ein großes Anwendungspotential im Bereich der Nanotechnologie. Da experimentelle Untersuchungen an diesen winzigen Bauteilen sehr aufwendig sind, spielen computerunterstützte Simulationsverfahren eine immer wichtigere Rolle.

Dr. Wackerfuß setzte das von ihm entwickelte numerische Verfahren zur Untersuchung von „carbon nanotubes“ (CNTs) ein. CNTs zeichnen sich durch hervorragende mechanische, elektrische und optische Eigenschaften aus und spielen daher eine wichtige Rolle bei neuen Anwendungen im Bereich der Nanotechnologie. Ein CNT besteht aus Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet und zu einer zylinderförmigen Struktur aufgerollt sind. Der in der Abbildung 1 schematisch (in drei senkrecht zueinander stehenden Ansichten) dargestellte CNT besteht aus insgesamt 799 Atomen. Ein Defekt in Form eines fehlenden Atoms wurde in der Mitte der ca. vier Nanometer langen Struktur eingeführt. Zur Bestimmung der Torsionsfestigkeit des CNT werden die beiden Enden schrittweise axial gegenseitig verdreht. Der gesamte Deformationsprozess konnte an einem normalen Arbeitsplatzrechner innerhalb weniger Sekunden berechnet werden, was die Effizienz des neu entwickelten Verfahrens zeigt. Das Ergebnis der Finite-Element-Simulation ist in Abbildung 2 und 3 in Form des deformierten CNT dargestellt. Man erkennt deutlich das Ausbilden eines Scherbandes, das sich – ausgehend von der Defektstelle – diagonal über die Struktur erstreckt.

Der Preis wird zu Ehren von Prof. Zienkiewicz verliehen, einem britischen Mathematiker und einem der Pioniere der Finite-Element- Methode. Er wurde 1998 vom Verlag John Wiley & Sons Ltd. gestiftet. Seitdem wird diese internationale Auszeichnung (Medaille und £ 1.000) alle zwei Jahre an einen promovierten Wissenschaftler unter 40 Jahren für eine herausragende Forschungsarbeit auf dem Gebiet der Numerischen Verfahren im Ingenieurwesen vergeben. Die Jury um Prof. Zienkiewicz zeichnete Jens Wackerfuß für seine Veröffentlichung „Molecular mechanics in the context of the finite element method“ aus, die im „International Journal for Numerical Methods in Engineering“ im Juli 2008 akzeptiert und im Februar 2009 publiziert wurde.

Quelle: TU Darmstadt


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