
Open-Source-Veröffentlichung des Simulationsframeworks 4C
13 Januar 2025
Wir freuen uns, die Open-Source-Veröffentlichung von 4C („Comprehensive Computational Community Code“) bekanntzugeben – ein umfassendes Multi-Physics-Simulationsframework, das entwickelt wurde, um komplexe wissenschaftliche und Ingenieursprobleme durch Computersimulationen zu lösen. Nach jahrelanger Entwicklung, die in den 2000er Jahren am Lehrstuhl für numerische Mechanik der Technischen Universität München begann, steht 4C nun Forschern und Ingenieuren weltweit kostenfrei unter einer Open-Source-Lizenz zur Verfügung. Die Entwicklung von 4C war bisher eine Zusammenarbeit von drei Instituten: dem Institut für Mathematik und Computer-gestützte Simulation (IMCS) der Universität der Bundeswehr München, dem Lehrstuhl für numerische Mechanik der Technischen Universität München und dem Institut für Werkstoffsystem-Modellierung des Helmholtz-Zentrums Hereon.
Was ist 4C?
4C wurde entwickelt, um eine Vielfalt anspruchsvoller Probleme in Wissenschaft, Technik und Biomedizin zu simulieren. Die Entwicklung wird durch herausfordernde Forschungsfragen und reale Probleme angetrieben, für die bestehende Werkzeuge entweder aufgrund mangelnder Funktionalität oder unzureichender Genauigkeit oder Leistung nicht ausreichen. 4C bietet nicht nur einsatzbereite Simulationsmöglichkeiten für eine Vielzahl von physikalischen Modellen, einschließlich Einzelfeldmodellen wie Festkörper- und Strukturmechanik, Fluidströmungen oder skalare Transportprozesse, sondern auch Multi-Physics-Kopplung und Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Feldern. Zudem stellt es eine modulare Softwareumgebung für die Forschung in mathematischer Modellierung und numerischen Methoden bereit.
4C ist in der Lage, komplexe Simulationsszenarien in verschiedenen Anwendungsbereichen zu adressieren. Es wurde beispielsweise zur Modellierung des menschlichen Herz-Kreislauf- und Atemwegsystems eingesetzt, um Krankheiten besser zu verstehen und die Behandlungsplanung im klinischen Kontext zu unterstützen. In technischen Anwendungen wurden die gemischt-dimensionalen Modellierungsansätze von 4C für faserverstärkte Materialien genutzt; das Elektrochemie-Modell trägt zur Erforschung neuartiger Batterietechnologien bei. Schließlich hat 4C auch in den Naturwissenschaften, insbesondere in der Biophysik, einen Beitrag geleistet, indem es zur Untersuchung von Biopolymerfasern und Netzwerken oder dem Wachstum von malignen Tumoren eingesetzt wurde. Die umfassende Sammlung numerischer Methoden und Modelle macht es zu einem äußerst vielseitigen Werkzeug für akademische Forschung und industrielle Anwendungen.
Für eine umfassende Liste von Publikationen, die die vielfältigen Methoden und Anwendungen hervorheben, laden wir Sie ein, die 4C-Webseite zu besuchen.
Warum Open-Source?
Die Veröffentlichung von 4C unter der LGPL-Lizenz markiert einen entscheidenden Schritt zur Förderung von Zusammenarbeit und Innovation innerhalb der weltweiten Wissenschaftsgemeinschaft. Gehostet auf GitHub im 4C Multiphysics GitHub Repository, lädt das Open-Source-Framework Nutzer ein, auf dieser soliden Basis aufzubauen und zur Weiterentwicklung beizutragen.
Dr.-Ing. Matthias Mayr, Leiter des Data Science & Computing Lab am IMCS und eine Schlüsselfigur hinter der Entwicklung und Open-Source-Veröffentlichung von 4C, erklärt: „Die Open-Source-Veröffentlichung unserer Forschungssoftware wurde von einem Engagement für Zugänglichkeit, nachhaltige Softwareentwicklung und Reproduzierbarkeit von Forschungsergebnissen geleitet. Wir möchten Forschern ein einzigartiges, leistungsstarkes Werkzeug für die Simulation komplexer Multi-Physics-Systeme an die Hand geben, damit sie ihre wissenschaftlichen Ziele mit Nachdruck und Präzision verfolgen können.“
Prof. Dr.-Ing. Alexander Popp, Professor für Computer-gestützte Simulation im Bauingenieurwesen, betont die übergeordnete Vision: „Unsere Mission war es immer, zur globalen Wissenschaftsgemeinschaft beizutragen. Mit der Open-Source-Veröffentlichung von 4C hoffen wir, Kollaborationen zu fördern, Innovationen zu beschleunigen und sicherzustellen, dass modernste Simulationsfähigkeiten für alle zugänglich sind. Egal, ob Sie als Wissenschaftler an fortschrittlichen numerischen Methoden arbeiten oder als Ingenieur reale Herausforderungen lösen, 4C bietet eine vielseitige und zuverlässige Plattform zur Bewältigung der Komplexität von Multi-Physics-Phänomenen.“
Werden Sie Teil der 4C-Community
Die Veröffentlichung von 4C stellt nicht nur einen Meilenstein für das Entwicklungsteam dar, sondern auch eine bedeutende Chance für die Community, gemeinsam die Grenzen der Multi-Physics-Simulation zu verschieben. Wir freuen uns auf Beiträge, Feedback und die Zusammenarbeit von Forschern und Entwicklern weltweit. Entdecken Sie das volle Potenzial von 4C und werden Sie Teil seiner wachsenden Nutzer- und Entwicklergemeinschaft.
Lassen Sie uns gemeinsam die Zukunft der Computer-gestützten Wissenschaft mit 4C gestalten!
Weiterführende Links:
- 4C Repository: https://github.com/4C-multiphysics/4C
- 4C Webseite: https://www.4c-multiphysics.org