Modellierung in der Werkstofftechnik bezeichnet die formalisierte Beschreibung werkstoffphysikalischer Vorgänge mittels mathematischer und numerischer Modelle. Ziel ist es, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sowie Prozess-Struktur-Wechselwirkungen quantitativ zu erfassen und vorhersagefähig zu machen.

Zentrale Klassen sind: konstitutive Modellierung zur Beschreibung des mechanischen, thermischen oder diffusionsgesteuerten Verhaltens (z.B. Elastoplastizität, Kriechen, Phasenumwandlungen), thermodynamische Modellierung zur Berechnung von Phasengleichgewichten und Triebkräften (z.B. CALPHAD), sowie Mikrostrukturmodellierung (z.B. Phasenfeld-, Monte-Carlo- oder zelluläre Automaten-Modelle) zur Abbildung zeitlicher und räumlicher Evolution der Mikrostruktur.

Mehrskalige bzw. Multiskalenmodellierung koppelt Modelle von atomarer (ab-initio, Molekulardynamik) über mesoskopische bis zu makroskopischen Skalen (Kontinuumsmechanik), um emergente Eigenschaften abzuleiten. Numerische Modellierung nutzt insbesondere Finite-Elemente-, Finite-Volumen- und Spektralmethoden zur Lösung partieller Differentialgleichungen, die das Werkstoffverhalten beschreiben.

Zunehmend gewinnen datengetriebene Modelle (z.B. maschinelles Lernen, Ersatzmodelle/Surrogate) an Bedeutung, um komplexe Zusammenhänge aus Simulations- und Experimentaldaten zu extrahieren und rechenaufwändige Hochfidelitätsmodelle zu emulieren. Eine zentrale Herausforderung ist die physikalisch konsistente Verknüpfung solcher Modelle mit etablierten mechanistischen Ansätzen, um Generalisierbarkeit, Interpretierbarkeit und Unsicherheitsquantifizierung sicherzustellen.