Modeling, control and opportunities of mechanical interfaces across the scales
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Date
2025
Authors
Kurzeja, Patrick
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Abstract
This treatise analyzes various roles of mechanical interfaces in natural and artificial environments. From the classic perspective of spatial scales, the chapters evolve from modeling at the atomistic scale, to single continuum interfaces to larger systems of interfaces. They will cover molecular descriptions, sharp and diffuse interface models as well as effective ensemble properties. From the perspective of control, they evolve from naturally arising to artificially created objects. Freely evolving cracks, phase changes and interface design for controlled fluid-structure interaction will be shown for illustration. From the perspective on new opportunities, finally, they evolve from risk-bearing imperfections to technical and scientific opportunities. While damage is investigated as a typical risk scenario, novel potentials will be explored for non-destructive characterization, low-frequency attenuation and information enhancement for artificial neural networks.
Diese Arbeit analysiert die verschiedenen Rollen mechanischer Grenzflächen in natürlichen und künstlichen Umgebungen. Ausgehend von der klassischen Perspektive der Längenskalen erstrecken sich die Kapitel von der atomaren Skala über einzelne kontinuierliche Grenzflächen bis hin zu größeren Grenzflächensystemen. Dies schließt molekulare Beschreibungen ebenso ein wie zweidimensionale Untermannigfaltigkeiten, diffuse Grenzflächenübergänge und effektive Ensembleeigenschaften. Die Perspektive von Kontrollmöglichkeit spannt den Bogen von natürlichen zu künstlich erzeugten Objekten. Zur Veranschaulichung gehören dabei freier Rissfortschritt, Phasenwechsel und Grenzflächendesign für kontrollierte Fluid-Struktur-Interaktion. Die Perspektive neuer Anwendungsmöglichkeiten entwickelt sich schließlich von risikobehafteten Unzulänglichkeiten zu technischen und wissenschaftlichen Chancen. Während Schäden als typisches Risikoszenario untersucht werden, werden Potenziale für die zerstörungsfreie Charakterisierung, die niederfrequente Dämpfung und den Informationstransfer in künstlichen neuronalen Netze erkundet.
Diese Arbeit analysiert die verschiedenen Rollen mechanischer Grenzflächen in natürlichen und künstlichen Umgebungen. Ausgehend von der klassischen Perspektive der Längenskalen erstrecken sich die Kapitel von der atomaren Skala über einzelne kontinuierliche Grenzflächen bis hin zu größeren Grenzflächensystemen. Dies schließt molekulare Beschreibungen ebenso ein wie zweidimensionale Untermannigfaltigkeiten, diffuse Grenzflächenübergänge und effektive Ensembleeigenschaften. Die Perspektive von Kontrollmöglichkeit spannt den Bogen von natürlichen zu künstlich erzeugten Objekten. Zur Veranschaulichung gehören dabei freier Rissfortschritt, Phasenwechsel und Grenzflächendesign für kontrollierte Fluid-Struktur-Interaktion. Die Perspektive neuer Anwendungsmöglichkeiten entwickelt sich schließlich von risikobehafteten Unzulänglichkeiten zu technischen und wissenschaftlichen Chancen. Während Schäden als typisches Risikoszenario untersucht werden, werden Potenziale für die zerstörungsfreie Charakterisierung, die niederfrequente Dämpfung und den Informationstransfer in künstlichen neuronalen Netze erkundet.
Description
Table of contents
Keywords
mechanical interfaces, multiscale modeling, homogenization, phase field, damage, regularization, squirt-flow, metamaterial, acoustic characterization, artificial neural networks
Subjects based on RSWK
Grenzfläche, Mechanische Eigenschaft, Mehrskalenmodell, Homogenisierungsmethode, Phasenfeldmodell, Werkstoffschädigung, Metamaterial, Ultraschallprüfung, Neuronales Netz