In this work the implementation of a grain growth simulation for an aluminum-copper alloy will be presented. Two seperate single-physics solvers will be coupled; a Cellular Automaton (CA) to simulate grain growth on a mesoscopic scale and a macroscopic solver, that simulates the solidification process using a finite-volume (FV) method and provides the temperature distribution. These solvers will be coupled together to a CAFV simulation, that provides the macroscopically calculated temperature distribution and the mesoscopic grain distribution for solidification processes of a melt. The time dependent temperature distribution given by the FV solver will be used by a CA algorithm to determine the grain growth. The data on the numerical grid of one solver, which is stored as a cloud of points, is interpolated and mapped onto the other coupled solver. Thus one solver has access to the output values of the other solver. Interpolation and mapping will be handled by a coupling library, which allows for a quick and easy way to establish a multi-physics simulation by coupling several single-physics solvers.
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In dieser Arbeit wird die Implementierung einer Kornwachstumssimulation für eine Aluminium-Kupfer-Legierung vorgestellt. Zwei getrennte Einzelphysik-Solver werden gekoppelt; ein Zellularer Automat (CA) zur Simulation des Kornwachstums auf einer mesoskopischen Skala und ein makroskopischer Solver, der den Erstarrungsprozess mit einer Finite-Volumen (FV)-Methode simuliert und die Temperaturverteilung liefert. Diese Solver werden zu einer CAFV-Simulation gekoppelt, die die makroskopisch berechnete Temperaturverteilung und die mesoskopische Kornverteilung für Erstarrungsprozesse einer Schmelze liefert. Die durch den FV-Solver gegebene zeitabhängige Temperaturverteilung wird von einem CA-Algorithmus zur Bestimmung des Kornwachstums verwendet. Die Daten auf dem numerischen Gitter des einen Solvers, das als Punktwolke gespeichert wird, werden interpoliert und auf den anderen gekoppelten Solver abgebildet. Somit hat ein Solver Zugriff auf die Ausgabewerte des anderen Solvers. Interpolation und Mapping werden durch eine Kopplungsbibliothek gehandhabt, die einen schnellen und einfachen Weg zur Erstellung einer Multiphysik-Simulation durch Kopplung mehrerer Einzelphysik-Solver ermöglicht.
