Massively parallel multiphase field simulations

  • The multiphase field method is a commonly used tool to simulate the evolution of microstructure during materials processing. Even when using a concept called active parameter tracking, which substantially reduces the computational complexity, the resource demands of the multiphase field method remain significant in both time and memory. A hybrid-parallelization is presented and two different load-balancing schemes are described and compared. Results are presented for performance benchmarks as well as for a variety of applications, including grain growth in polycrystalline materials with hundreds of thousands of different phase fields and Mg-Al alloy solidification. In addition a way of utilizing the multiphase field method is shown that allows the construction of microstructures with a given grain size distribution.
  • Die Multiphasenfeldmethode ist ein häufig genutztes Simulationswerkzeug für die Mikrostrukturevolution. Eine hohe Anzahl verschiedener Phasenfelder, die Körner verschiedener Phasen und Orientierungen beschreiben, führt zu signifikanten Anforderungen an Speicher und Rechenleistung. Eine Hybrid-Parallelisierung, die MPI und OpenMP vereint, wird vorgestellt und zwei verschiedene Lastbalancierungsverfahren werden vorgestellt und verglichen. Es werden Ergebnisse für Leistungstest und eine Reihe von Anwendungen gezeigt, darunter Kornwachstum in polykristallinen Werkstoffen mit hunderttausenden verschiedenen Phasenfelder sowie die Erstarrung einer Magnesium-Aluminium Legierung. Zudem wird eine Anwendung der Multiphasenmethode zur Konstruktion von Mikrostrukturen mit einer vorgegebenen Korngrößenverteilung präsentiert.

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Metadaten
Author:Marvin TegelerGND
URN:urn:nbn:de:hbz:294-61666
Referee:Ingo SteinbachORCiDGND, Godehard SutmannGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2018/10/30
Date of first Publication:2018/10/30
Publishing Institution:Ruhr-Universität Bochum, Universitätsbibliothek
Granting Institution:Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Maschinenbau
Date of final exam:2017/12/07
Creating Corporation:Fakultät für Maschinenbau
GND-Keyword:Simulation; Erstarrung; Parallelisierung; Supercomputer; Kornwachstum
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften, Maschinenbau
Licence (German):License LogoKeine Creative Commons Lizenz - es gelten der Veröffentlichungsvertrag und das deutsche Urheberrecht