Computational Engineering 2

Das Buch zeigt Theorie und praktische Anwendungen im Bereich des Computational Engineering (berechnendes Ingenieurwesen) für elektrodynamische Anwendungen. Es illustriert sowohl die mathematischen Modelle wie auch die zugehörigen Simulationsmethoden für die verschiedenen Ingenieursanwendungen. Außerdem präsentiert es Strategien zur Verbesserung der numerischen Methoden wie z. B. Zeit-Raum-Verfahren, hyperbolische Löser, Multiskalenlöser oder strukturerhaltende Verfahren sowie Kopplungsverfahren für elektrodynamische und hydrodynamische Modelle auf verschiedenen Zeit- und Raumskalen. Dabei werden Ansätze zur Zerlegung in einfachere und effizient lösbare Teilprobleme vorgestellt. Gerade im Bereich der Multikomponenten- und Multiskalenmodelle bei komplizierten Ingenieursproblemen sind solche neuartigen Multiskalenverfahren wichtig. Weiter werden auch stochastische Modelle im Bereich der Partikelmodelle und deren Einbindung in deterministische Modellebesprochen. Diese neueren Problemstellungen brauchen iterative Löser zur Kopplung der verschiedenen Zeit- und Raumskalen. Die umfangreichen Beispiele aus dem Bereich der Elektrodynamik (inkl. elektromagnetische Felder, Antennenmodelle, Teilchenmodelle im Bereich der Plasmasimulation) geben dem Leser einen Überblick zu den aktuellen Themen und deren praktischer Umsetzung in spätere Simulationsprogramme.

Jürgen Geiser arbeitet seit vielen Jahren als Forscher und Dozent im Bereich des berechnenden Ingenieurswesens (Computational Engineering) und der Numerischen Mathematik. Er hat sich in diesem Bereich durch Habilitation und Forschungsprojekte qualifiziert. Gerade seine interdisziplinäre Ausrichtung zwischen der Mathematik und den Ingenieurswissenschaften kann die Brücke, die sich zwischen den theoretischen Verfahren, die aus der Numerischen Mathematik kommen, und deren praktischen Umsetzung von Simulationsmethoden im Bereich der ingenieurswissenschaftlichen Probleme auftun, schließen. Damit werden die neuen Herausforderungen von komplexen mehrskaligen Modellprobleme, die aus dem Bereich der Hydro- und Elektrodynamik kommen, lösbar und korrekt aufgelöst.

Einleitung und Überblick.- Motivation und Grundlagen.- Numerische Verfahren: Diskretisierungs- und Lösungsverfahren.- Ergänzenden Numerische Verfahren: Zerlegungsverfahren und Parallelisierung.- Anwendungen in der Elektrodynamik.- Weitere Anwendungen im Bereich des Partikel-Transport und Umsetzung von Modellen bis zum Programm-Code.- Zusammenfassung.