Computergestützte Methoden (computational methods) bezeichnen numerische und algorithmische Verfahren zur Modellierung, Simulation und Auswertung werkstoffrelevanter Phänomene. Sie ergänzen oder ersetzen Experimente, indem sie Mikrostruktur, Eigenschaften und Prozesse auf unterschiedlichen Längenskalen quantitativ beschreiben.

Wesentliche Klassen sind: (1) Quantenmechanische Methoden wie Dichtefunktionaltheorie (DFT) zur Berechnung elektronischer Struktur, Bindungsenergien, Defekt- und Oberflächeneigenschaften. (2) Atomistische Simulationen wie klassische Molekulardynamik und Monte-Carlo-Methoden zur Beschreibung thermischer, mechanischer und diffusionsgesteuerter Vorgänge auf Atomskala. (3) Kontinuumsmechanische und numerische Verfahren wie Finite-Elemente-Methode (FEM), Finite-Volumen- und Phasenfeldmethoden zur Simulation von Spannungszuständen, Rissausbreitung, Gefügeevolution und Transportprozessen. (4) Datengetriebene Methoden, einschließlich statistischer Modellierung und maschinellen Lernens, zur Auswertung großer Datenmengen, Beschleunigung hochaufgelöster Modelle und für inverse Materialdesign-Probleme.

Ein zentrales Ziel ist das multiskalige Verständnis: Informationen werden von der Elektronen- über die Gitter- und Mikrostruktur- bis zur Bauteilebene verknüpft. Validierung gegen experimentelle Daten ist für die Vertrauenswürdigkeit unabdingbar. Computergestützte Methoden ermöglichen systematisches Materialdesign, virtuelle Prüfstände und die Reduktion von Entwicklungszeiten und -kosten, erfordern jedoch sorgfältige Modellannahmen, Unsicherheitsquantifizierung und dokumentierte Reproduzierbarkeit.