Um Herausforderungen in der Werkstofftechnik bewältigen zu können, entwickeln Forschende des Instituts für Numerische Mathematik und Optimierung hochparallele Lösungsverfahren, die auf den größten Superrechnern der Welt eingesetzt werden können. Die rasante Entwicklung solcher Computer ermöglicht es, immer komplexere Simulationen durchzuführen und neue Materialien schneller und effizienter zu entwerfen. Diese Hochleistungsrechner sind in der Lage, Berechnungen in kürzester Zeit durchzuführen. Damit dringt auch die Materialforschung in neue Dimensionen vor. Diese mathematischen Lösungsverfahren kommen bei der Entwicklung neuer Mehrphasenstähle, aber auch faserverstärkte  Materialien, wie kohlefaserverstärkter Kunststoffe, zum Einsatz. Sie helfen bei der Berücksichtigung von chemischen Effekten in der Mechanik und eröffnen in der Metallurgie völlig neue Möglichkeiten für die Optimierung von Materialien und Prozessen.

In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung zunächst bis 2025 mit zwei Millionen Euro geförderten Projekt entwickelt die Freiberger Universität mit Partnern aus Dortmund, Jülich, Erlangen und Köln eine bestehende Software weiter, die es ermöglicht, Strömungssimulationen auf einer neuen Generation von Superrechnern zu verwenden. Ziel dieser Simulationsverfahren ist es, Strömungen und Strömungsverläufe rechnerisch nachzuahmen.

So können diese Verläufe, aber auch Strömungswege visualisiert und analysiert werden, ohne eine tatsächliche Strömungsmessung durchführen zu müssen. Das erleichtert Unternehmen Entwicklungsprozesse. Bauteile und Systeme werden am Bildschirm optimiert und damit virtuelle Prototypen entwickelt. Bereits in der Entwurfsphase ist es so möglich, kritische Bereiche zu finden und zu verbessern. Damit werden weniger Ressourcen verbraucht, Zeit und Fertigungskosten gespart. Davon profitieren beispielsweise Zulieferer im Automobilbereich, Hersteller von Batterien und Brennstoffzellen, aber auch chemische und medizinische Bereiche. Das geförderte Projekt namens StrömungsRaum ist die methodische Erweiterung eines für die aktuelle Rechnergeneration bereits genutzten CFD-Softwarepakets, wobei CFD die Abkürzung für Computational Fluid Dynamics (Numerische Strömungsmechanik) ist. Unternehmen, die die Software nutzen, können dort ihre Parameter eingeben und die Simulation für ihre jeweiligen Anwendungsgebiete starten.