Eine Methode zur Kopplung von molekular- und kontinuumsmechanischen Modellen unter Einsatz von Translations- und Rotationsfreiheitsgraden

Die vorliegende Arbeit liefert einen Ansatz zur gekoppelten Mehrskalenmodellierung von auf Kohlenstoffnanoröhrchen basierenden bottom-up-Strukturen. Zentraler Bestandteil hierfür ist die entwickelte Virtuelle Projektionsmethode. Sie ist in der Lage die Translationsfreiheitsgrade der Atome an Rändern von molekularmechanisch modellierten Kohlenstoffnanoröhrchen mit einem Knoten mit Translations- und Rotationsfreiheitsgraden zu koppeln. Dieser Knoten kann sowohl Schnittstelle zu kontinuumsmechanischen Modellen sein als auch die Formulierung von Randbedingungen auf Systemebene in molekularmechanischen Modellen stark vereinfachen bzw. neue ermöglichen. Eine zentrale Herausforderung in der Formulierung von Kopplungsmethoden zwischen molekular- und kontinuumsmechanischen Modellen sind auftretende, ungewollte ghostforces, die in molekularmechanisch modellierten Systemen auch als Randeffekte auftreten. Die Virtuelle Projektionsmethode eliminiert diese Effekte durch die virtuelle Erweiterung der Struktur über deren physikalische Ränder hinweg.