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Komplexe Systeme und Nichtlineare Dynamik		 IPh

Inhaber der Professur:
Prof. Dr. Günter Radons Prof. Radons
Sekr.: Zimmer P210 (Physikbau)
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Das Gebiet wurde wesentlich in der Theoretischen Physik entwickelt, es besitzt aber typische Eigenschaften einer Querschnittswissenschaft und somit interdisziplinären Charakter, dem unter Berücksichtigung der Chemnitzer Verhältnisse Rechnung getragen wird. Die Thematik wird in Lehre und Forschung von den theoretischen Grundlagen bis hin zu geeigneten Anwendungen mit industrieller oder gesellschaftlicher Relevanz abgedeckt:
Anwendungen der Theorie komplexer Systeme finden sich in allen Ingenieur- und Naturwissenschaften. Um Synergieeffekte nutzten zu können, werden bevorzugt solche behandelt, die neue grundlegende Aspekte einbringen. Kooperationen mit dem Fraunhofer IPA und der Universität Stuttgart stellen gute Beispiele dar: Grundlagenforschung zum Wasserstrahlschneiden ist auch für Wachstumsprozesse relevant und nichtlineare, gekoppelte Systeme, also Prototypen komplexer Systeme, werden u.a. in einem Projekt zur Dynamik und Optimierung vernetzter Produktionseinheiten im SFB 467 "Wandlungsfähige Unternehmensstrukturen für die variantenreiche Serienproduktion" behandelt. Generell bilden die sich ständig wandelnden Grundlagen und die Grenzbereiche der Ingenieurwissenschaften lohnende Kooperationsfelder für theoretische Physiker.
Datenanalyse und Modellbildung auf Basis von Zeitreihen oder raumzeitlichen Mustern bildet oft den einzigen Zugang zur Erschließung der Eigenschaften komplexer Systeme. Diese Problematik spielt insbesondere für die Optimierung, Steuerung und Regelung der Dynamik komplexer Prozesse eine große Rolle. Entwicklungsbedarf besteht im Grundlagenbereich zwischen den linearen, stochastischen und den nichtlinearen, deterministischen Prozessen. Hier liegen auch die meisten praxisrelevanten Probleme, die wir z.B. mit Konzepten aus der Theorie stochastischer Automaten (Hidden-Markov-Modelle, Symbolische Dynamik) angehen.
Theoretische Grundlagen komplexer Systeme werden ohne unmittelbare Motivation durch Anwendungen untersucht. Ungeordnete, dynamische Systeme, Quanteneffekte in nichtlinear-dynamischen Systemen, sowie die Verbindungen zur Statistischen Mechanik werden thematisiert. Langfristig wird damit auch die Grundlage für innovative Anwendungen bereitgestellt.

Das Neueste aus der aktuellen Forschung:

Strukturbildung beim Wasserstrahlschneiden
Wasserabrasivstrahlschneiden ist eine wichtige und flexible Technologie zur Bearbeitung verschiedenster Materialien (Keramik, Stein, Stahl, Titan, Verbundmaterialien) z.B. in der Automobil- und Raumfahrtindustrie. Ein die Schnittgeschwindigkeit und die Schnittqualität begrenzender Faktor ist die Ausbildung von Riefen und Rillen an der Schnittkante (siehe Bild) bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten.

Trotz intensiver Forschungen war dieser Strukturbildungsprozeß bis vor kurzem nicht gut verstanden. In Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) und der Universität Stuttgart entwickeln und untersuchen wir Modellgleichungen (nichtlineare, partielle Differentialgleichungen vom Kuramoto-Sivashinski-Typ), die einerseits dieses Phänomen erklären können, und andererseits Methoden zu dessen Unterdrückung nahelegen (Projekt im VW-Schwerpunkt "Untersuchung nichtlineardynamischer Effekte in produktionstechnischen Systemen"). Ähnliche Gleichungen beschreiben verschiedene Wachstums- und Abscheideprozesse, so daß die gewonnen Resultate auch in diesen Gebieten relevant sind.

Literatur:


Publikationen