Homogenisierung bezeichnet in den Materialwissenschaften den systematischen Übergang von einer heterogenen Mikrostruktur zu einer effektiven makroskopischen Beschreibung mit „äquivalenten“ Materialeigenschaften. Ziel ist es, räumlich verteilte Phasen, Poren, Ausscheidungen oder Texturen durch effektive Größen wie effektiven Elastizitätsmodul, Wärmeleitfähigkeit oder Diffusionskoeffizient zu ersetzen.

Mathematisch basiert die Homogenisierung häufig auf Mehrskalen-Ansätzen. Es wird eine Trennung zwischen einer mikroskopischen Längenskala (z. B. Korngröße, Phasenmorphologie) und einer makroskopischen Skala (Bauteilabmessungen) angenommen. Über sog. Repräsentative Volumenelemente (RVE) werden lokale Gleichungen (z. B. Elastizität, Plastizität, Diffusion) gelöst und mittels Volumenmittelung zu effektiven Materialtensors zusammengefasst. Solche mikrostrukturellen Homogenisierungsmethoden können analytisch (z. B. Eshelby-Lösungen, Selbstkonsistenzmethoden) oder numerisch (FEM-basierte numerische Homogenisierung, FFT-Methoden) realisiert werden.

In der Mehrskalen- bzw. Multiskalen-Homogenisierung werden Mikro- und Makroskala gekoppelt: Makroskopische Finite-Element-Knoten erhalten ihre Stoffgesetze aus eingebetteten Mikrostrukturproblemen (FEM², FE-FFT-Ansätze). Dies erlaubt die Berücksichtigung von Textur, Phasenübergängen oder Schädigung auf der Mikroskala in Bauteilsimulationen.

Neben der modelltheoretischen Bedeutung existiert die Homogenisierung auch als prozessuale Operation, etwa bei der Kohlenstoffhomogenisierung in Stählen (Diffusionsglühen zur Angleichung der C-Verteilung) oder der Ultraschallhomogenisierung von Suspensionen und Schmelzen zur Durchmischung von Phasen.

Homogenisierungsanalysen sind zentral für das Upscaling von Mikrostrukturdaten (z. B. aus 3D-CT oder EBSD) zu ingenieurrelevanten Werkstoffkennwerten und stellen eine Schlüsseltechnologie für moderne, datengestützte Werkstoffentwicklungsstrategien dar.