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Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.
Lars Pastewka

Prof. Dr. Lars Pastewka

[sci.] Professor für Simulation an der Universität Freiburg
Materialwiss.
Simulation Grenzflächen

Gruppe: [prev.] Emmy Noether
Raum: Deutschland, Freiburg
lars pastewkaPcd6∂imtek uni-freiburg de


IMTEK - Department of Microsystems Engineering
Laboratory for Simulation

Georges-Koehler-Allee 103-03
D-79110 Freiburg
Germany



Forschung

Die Gruppe ist zum 10.04.2017 an das Institut für Mikrosystemtechnik der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg umgezogen.

Wir beschäftigen uns mit skalenübergreifender Modellbildung der mechanischen und chemischen Eigenschaften von Materialgrenzflächen und deren Wechselwirkung mit Fluiden und anderen Festkörpern. Thematisch bewegen sich Arbeiten der Gruppe rund um Kontakt, Adhäsion, Reibung, Bruch, Verschleiß und Schmierung.

Mehr Details befinden sich auf der englischsprachigen Version dieser Seite.

Kontaktmechanik

Kontaktmechanik
Typ: Vorlesung (V)
Semester: WS 15/16
Zeit: 20.10.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3


27.10.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

03.11.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

10.11.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

17.11.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

24.11.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

01.12.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

08.12.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

15.12.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

22.12.2015
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

12.01.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

19.01.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

26.01.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

02.02.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3

09.02.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
Geb. 10.91, Raum 227/3


Dozent: Dr. Lars Pastewka
SWS: 2
LVNr.: 2181220
Voraussetzungen

keine

Empfehlungen:

Vorkenntnisse in Mathematik, Physik und Werkstoffkunde

Literaturhinweise

K. L. Johnson, Contact Mechanics (Cambridge University Press, 1985)

D. Maugis, Contact, Adhesion and Rupture of Elastic Solids (Springer-Verlag, 2000)

J. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces (Academic Press, 1985)

Lehrinhalt

Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Kontaktmechanik glatter und rauer Oberflächen in nicht-adhäsiven und adhäsiven Grenzfällen. Parallel zu der Vorlesung wird eine Computerübung angeboten, in der kontaktmechanische Probleme numerisch gelöst werden.

  1. Einführung: Kontaktfläche und Kontaktsteifigkeit
  2. Elastische Halbraumtheorie
  3. Kontakt nichtadhäsiver Kugeln: Hertz Theorie
  4. Physikalische Grundlagen adhäsiver Wechselwirkungen an Grenzflächen
  5. Kontakt adhäsiver Kugeln: Johnson-Kendall-Roberts, Derjaguin-Muller-Toporov und Maugis-Dugdale Theorien
  6. Oberflächenrauigkeit: Topographie, Leistungsdichte, Struktur realer Oberflächen, fraktale Oberflächen als Modell, Messmethoden
  7. Kontakt nichtadhäsiver rauer Oberflächen: Greenwood-Williamson, Persson, Hyun-Pei-Robbins-Molinari Theorien
  8. Kontakt adhäsiver rauer Oberflächen: Fuller-Tabor, Persson und neuere numerische Theorien
  9. Kontakt rauer Kugeln: Greenwood-Tripp und neuere numerische Resultate
  10. Tangential- und gleitender Kontakt: Cattaneo-Mindlin, Savkoor, Persson
  11. Anwendungen von Kontaktmechanik
Arbeitsbelastung

Präsenzzeit: 22,5 Stunden
Selbststudium: 97,5 Stunden

Ziel

Der/die Studierende

  • kennt Kontaktmodelle für glatte und raue sowie nicht-adhäsive und adhäsive Grenzflächen und kann diese gegeneinander abgrenzen
  • kennt grundlegende Skalierungseigenschaften der funktionalen Abhängigkeit von Kontaktfläche, -steifigkeit und Anpresskraft
  • kann numerische kontaktmechanische Methoden anwenden, um Fragstellungen aus der Werkstoffwissenschaft zu bearbeiten
Prüfung

Mündliche Prüfung 30 Minuten

Atomistische Simulation und Molekulardynamik

Atomistische Simulation und Molekulardynamik
Typ: Vorlesung (V)
Semester: SS 2016
Zeit: 21.04.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II


28.04.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

12.05.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

19.05.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

02.06.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

09.06.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

16.06.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

23.06.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

30.06.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

07.07.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

14.07.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II

21.07.2016
09:45 - 11:15 wöchentlich
10.50 HS 101 10.50 Kollegiengebäude Bauingenieure II


Dozent:

Dr. Lars Pastewka

SWS: 2
LVNr.: 2181740
Bemerkungen

Vorlesung in englischer Sprache!

Voraussetzungen

Pflicht: keine

Empfehlungen:

Vorkenntnisse in Mathematik, Physik und Werkstoffkunde

Literaturhinweise
  1. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications, Daan Frenkel and Berend Smit (Academic Press, 2001) wie alle guten MD Bücher stark aus dem Bereich der physikalischen Chemie motiviert und auch aus diesem Bereich mit Anwendungsbeispielen gefüllt, trotzdem für mich das beste Buch zum Thema!
  2. Computer simulation of liquids, M. P. Allen and Dominic J. Tildesley (Clarendon Press, Oxford, 1996) Immer noch der Klassiker zu klassischen MD Anwendungen. Weniger stark im Bereich der Nichtgleichgewichts-MD.
Lehrinhalt

Die Vorlesung gibt eine Einführung in partikelbasierte Simulationsmethoden weitgehend am Beispiel der Molekulardynamik:

1. Einführung
2. Werkstoffphysik
3. MD Basics, Atom-Billard
* Teilchen, Ort, Energie, Kräfte -- Paarpotenzial
* Anfangs- und Randbedingungen
* Zeitintegration
4. Algorithmisches
5. Statik, Dynamik, Thermodynamik
6. MD Output
7. Wechselwirkung zwischen Teilchen
* Paarpotenziale -- Mehrkörperpotenziale
* Quantenmechanische Prinzipien
* Tight Binding Methoden
* dissipative Partikeldynamik
8. Anwendung von teilchenbasierten Methoden

Arbeitsbelastung

Präsenzzeit: 22,5 Stunden
Übung: 22,5 Stunden
Selbststudium: 75 Stunden

Ziel

Der/die Studierende kann

  • die physikalischen Grundlagen partikelbasierter Simulationsmethoden (z. Bsp. Molekulardynamik) erläutern.
  • partikelbasierte Simulationsmethoden anwenden, um Fragstellungen aus der Werkstoffwissenschaft zu bearbeiten.
Prüfung

Mündliche Prüfung 30 Minuten

Veröffentlichungen

Aktuelle Veröffentlichungen finden Sie auch auf Google Scholar und auf Researcher ID.

2016

Quantitative characterization of surface topography using spectral analysis
T. Jacobs, T. Junge, L. Pastewka
arXiv:1607.03040 (2016)

Offset-corrected delta-Kohn-Sham scheme for the semi-empirical prediction of absolute X-ray photoelectron energies in molecules and solids
M. Walter, M. Moseler, L. Pastewka
Phys.
Rev. B 94, 041112(R) (2016)

Molecular dynamic simulation of collision-induced third-body formation in hydrogen-free diamond-like Carbon asperities
J. von Lautz, L. Pastewka, P. Gumbsch, M. Moseler
Tribol. Lett. 63, 26 (2016)

Contact area of rough spheres: Large scale simulations and simple scaling laws
L. Pastewka, M.O. Robbins
Appl. Phys. Lett. 108, 221601 (2016)

Elasticity limits structural superlubricity in large contacts
T.A. Sharp, L. Pastewka, M.O. Robbins
Phys. Rev. B 93, 121402(R) (2016)

Boundary lubrication of heterogeneous surfaces and the onset of cavitation in frictional contacts
D. Savio, L. Pastewka, P. Gumbsch
Science Advances 2, e1501585 (2016)

Reibung unter Zugzwang
L. Pastewka
Physik Journal 15, 16 (2016)

Activation and mechanochemical breaking of C-C bonds initiate wear of diamond (110) surfaces in contact with silica
A. Peguiron, G. Moras, M. Walter, H. Uetsuka, L. Pastewka, M. Moseler
Carbon 98, 474 (2016)

2015

Low speed crack propagation via kink formation and advance on the silicon (110) cleavage plane
J.R. Kermode, A. Gleizer, G. Kovel, L. Pastewka, G. Csányi, D. Sherman, A. De Vita
Phys. Rev. Lett. 115, 135501 (2015)

Energy filtering transmission electron microscopy and atomistic simulations of tribo-induced hybridization change of nanocrystalline diamond coating
M.I. De Barros Bouchet, C. Matta, B. Vacher, Th. Le-Mogne, J.M. Martin, J. von Lautz, T. Ma, L. Pastewka, J. Otschik, P. Gumbsch, M. Moseler
Carbon 87, 317 (2015)

2014

Atomic scale mechanisms of friction reduction and wear protection by graphene
A. Klemenz, L. Pastewka, S.G. Balakrishna, A. Caron, R. Bennewitz, M. Moseler
Nano Lett. 14, 7145 (2014)

Surface passivation and boundary lubrication of self-mated tetrahedral amorphous carbon asperities under extreme tribological conditions
P.A. Romero, L. Pastewka, J. von Lautz, M. Moseler
Friction 2, 193 (2014)

Contact between rough surfaces and a criterion for macroscopic adhesion
L. Pastewka, M.O. Robbins
PNAS 111, 3298 (2014)

SYMPLER: SYMbolic ParticLE simulatoR with grid-computing interface
D. Kauzlarić, M. Dynowski, L. Pastewka, A. Greiner, J.G. Korvink
Comp. Phys. Comm. 185, 1085 (2014)

Wear, plasticity, and rehybridization in tetrahedral amorphous carbon
T. Kunze, M. Posselt, S. Gemming, G. Seifert, A.R. Konicek, R.W. Carpick, L. Pastewka, M. Moseler
Tribol. Lett. 53, 119 (2014)

2013

Comment on “Friction between a viscoelastic body and a rigid surface with random self-affine roughness”
I.A. Lyashenko, L. Pastewka, B.N.J. Persson
Phys. Rev. Lett. 111, 189401 (2013)

On the validity of the method of reduction of dimensionality: area of contact, average interfacial separation and contact stiffness
I.A. Lyashenko, L. Pastewka, B.N.J. Persson
Tribol. Lett. 52, 223 (2013)

Lithium chalcogenidotetrelates: LiChT – Synthesis and characterization of new Li+ ion conducting Li/Sn/Se compounds
T. Kaib, P. Bron, S. Haddadpour, L. Mayrhofer, L. Pastewka, T.T. Järvi, M. Moseler, B. Roling, S. Dehnen
Chem. Mater. 25, 2961 (2013)

Finite-size scaling in the interfacial stiffness of rough elastic contacts
L. Pastewka, N. Prodanov, B. Lorenz, M.H. Müser, M.O. Robbins, B.N.J. Persson
Phys. Rev. E 87, 062809 (2013)

Screened empirical bond-order potentials for Si-C
L. Pastewka, A. Klemenz, P. Gumbsch, M. Moseler
Phys. Rev. B 87, 205410 (2013)

Li+ adsorption at prismatic graphite surfaces enhances interlayer cohesion
L. Pastewka, S. Malola, M. Moseler, P. Koskinen
J. Power Sources 239, 321 (2013)

Adaptive molecular decomposition: Large scale quantum chemistry for liquids
T.T. Järvi, L. Mayrhofer, J. Polvi, K. Nordlund, L. Pastewka, M. Moseler
J. Chem. Phys. 138, 104108 (2013)

Experimental and numerical atomistic investigation of the third body formation process in dry tungsten/tungsten-carbide tribo couples
P. Stoyanov, P.A. Romero, T.T. Järvi, L. Pastewka, M. Scherge, P. Stemmer, A. Fischer, M. Dienwiebel, M. Moseler
Tribol. Lett. 50, 67 (2013)

2012

Seamless elastic boundaries for atomistic calculations
L. Pastewka, T.A. Sharp, M.O. Robbins
Phys. Rev. B 86, 075459 (2012)

Bond-order potentials for fracture, wear, and plasticity
L. Pastewka, M. Mrovec, M. Moseler, P. Gumbsch
MRS Bulletin 37, 493 (2012)

2011

Progressive shortening of sp-hybridized carbon chains through oxygen-induced cleavage
G. Moras, L. Pastewka, M. Walter, J. Schnagl, P. Gumbsch, M. Moseler
J. Phys. Chem. C 115, 24653 (2011)

Formation and oxidation of linear carbon chains and their role in the wear of carbon materials
G. Moras, L. Pastewka, P. Gumbsch, M. Moseler
Tribol. Lett. 44, 355 (2011)

Revised periodic boundary conditions: Fundamentals, electrostatics, and the tight-binding approximation
O.O. Kit, L. Pastewka, P. Koskinen
Phys. Rev. B 84, 155431 (2011)

Smoothed particle hydrodynamics simulation of shear-induced powder migration in injection moulding
D. Kauzlarić, L. Pastewka, H. Meyer, R. Heldele, M. Schulz, O. Weber, V. Piotter, J. Hausselt, A. Greiner, J.G. Korvink
Phil. Trans. Roy. Soc. A 369, 2320 (2011)

Charge-transfer model for carbonaceous electrodes in polar environments
L. Pastewka, T.T. Järvi, L. Mayrhofer, M. Moseler
Phys. Rev. B 83, 165418 (2011)

Anisotropic mechanical amorphization drives wear in diamond
L. Pastewka, S. Moser, P. Gumbsch, M. Moseler
Nature Mater. 10, 34 (2011)

2010

Molecular dynamics simulation of gold solid film lubrication
L. Pastewka, J. Peguiron, P. Gumbsch, M. Moseler
Int. J. Mater. Res. 101, 981 (2010)

Atomistic insights into the running-in, lubrication, and failure of hydrogenated diamond-like carbon coatings
L. Pastewka, S. Moser, M. Moseler
Tribol. Lett. 39, 49 (2010)

2009

Understanding the microscopic processes that govern the charge-induced deformation of carbon nanotubes
L. Pastewka, P. Koskinen, C. Elsässer, M. Moseler
Phys. Rev. B 80, 155428 (2009)

Surface amorphization, sputter rate, and intrinsic stresses of silicon during low energy Ga+ focused-ion beam milling
L. Pastewka, R. Salzer, A. Graff, F. Altmann, M. Moseler
Nucl. Instrum. Meth. B 267, 3072 (2009)

2008

Describing bond-breaking processes by reactive potentials: the importance of an environment-dependent interaction range
L. Pastewka, P. Pou, R. Pérez, P. Gumbsch, M. Moseler
Phys. Rev. B 78, 161402(R) (2008)

The running-in of amorphous hydrocarbon tribocoatings: a comparison between experiment and molecular dynamics simulations
L. Pastewka, S. Moser, M. Moseler, B. Blug, S. Meier, T. Hollstein, P. Gumbsch
Int. J. Mater. Res. 99, 1136 (2008)

Integrated process simulation of primary shaping: multi scale approaches
D. Kauzlarić, J. Lienemann, L. Pastewka, A. Greiner, J.G. Korvink
Microsyst. Technol. 14, 1789 (2008)

2006

Thermostat with a local heat-bath coupling for exact energy conservation in dissipative particle dynamics
L. Pastewka, D. Kauzlarić, A. Greiner, J.G. Korvink
Phys. Rev. E 76, 037701 (2006)

Read-out concepts for multiplexed bead-based fluorescence immunoassays on centrifugal microfluidic platforms
L. Riegger, M. Grumann, T. Nann, J. Riegler, O. Ehlert, W. Bessler, K. Mittenbühler, G. Urban, L. Pastewka, T. Brenner, R. Zengerle, J. Ducrée
Sens. Actuat. A-Phys. 126, 455 (2006)

2005

Parallelization of chip-based fluorescence immuno-assays with quantum-dot labeled beads
M. Grumann, L. Riegger, T. Nann, J. Riegler, O. Ehlert, K. Mittenbühler, G. Urban, L. Pastewka, T. Brenner, R. Zengerle, J. Ducreé
Proc. Transducers 1114 (2005)

2004

Capacitance, induced charges, and bound states of biased carbon nanotube systems
P. Pomorski, L. Pastewka, C. Roland, H. Guo, J. Wang
Phys. Rev. B 69, 115418 (2004)

Quantum calculations of carbon nanotube charging and capacitance
P. Pomorski, L. Pastewka, C. Roland, H. Guo, J. Wang
Mat. Res. Soc. Symp. Proc. N3.6.1 (2004)

Software

Wir sind aktiv an der Entwicklung von Simulationssoftware beteiligt.

Atomistica

Atomistica ist eine Bibliothek von interatomaren Wechselwirkungspotenzialen welche an LAMMPS und ASE, zwei weit verbreitete Softwareumgebungen für Molekulardynamiksimulationen, angekoppelt werden können. Atomistica wird in Kooperation mit der Gruppe von Michael Moseler am Fraunhofer IWM entwickelt.

matscipy

matscipy stellt Hilfsfunktionen für die Simulation bruch- und kontaktmechanischer Probleme mit ASE bereit. matscipy wird in Kooperation mit James Kermode an der Warwick University entwickelt.

USER-GFMD

USER-GFMD is a plugin for the widely used molecular dynamics code LAMMPS that implements Green's function molecular dynamics. USER-GFMD is developed with the group of Mark Robbins at Johns Hopkins University.

NetCDF Trajektorien für Molekulardynamiksimulationen

Wir stellen Ein- und Ausgabemodule für das AMBER NetCDF-Trajektorienformat für ASE, LAMMPS und Ovito bereit.

SYMPLER

SYMPLER ist eine SPH/DPD Simulationsumgebung mit einer flexiblen Eingabesprache für Kraftgesetze. Kraftgesetze können in Form kompakter Gleichung in der Eingabedatei definitiert werden, ohne vorher hart in der Simulationssoftware verdrahtet werden zu müssen. Die Entwicklung von SYMPLER wird von David Kauzlaric geleitet.