PhD-Stelle im Bereich nichtlinearer Schwingungs-Metamaterialien

Materialwissenschaft und -technologie sind unsere Leidenschaft. Mit ihrer Spitzenforschung leisten die rund 1.100 Mitarbeitenden der Empa wesentliche Beiträge zum Wohlergehen der Gesellschaft für eine lebenswerte Zukunft. Die Empa ist eine Forschungsinstitution der ETH Domain.

Das Labor für Akustik/Lärmschutz ist ein internationales Team aus Wissenschaftlern und Ingenieuren, das in den Bereichen Vibroakustik, Umweltsatustik und Psychoakustik tätig ist. Die vielfältigen Forschungsthemen stützen sich auf umfangreiche numerische Modelle und eine breite Palette an experimenteller Ausrüstung für Lärm- und Schwingungsmessungen.

Mechanische Wellen und Schwingungen werden traditionell mit linearen Vorrichtungen mit festen Eigenschaften gesteuert. In diesem PhD-Projekt wird der Studierende eine neue Generation nichtlinearer Resonatoren erforschen, deren dynamisches Verhalten sich mit der Schwingungsamplitude ändert, was Funktionalitäten ermöglicht, die mit konventionellen Designs nicht erreichbar sind. Die Forschung wird mechanische Modellierung, Finite-Elemente-Simulationen, Prototypenentwicklung und experimentelle Tests kombinieren. Das Ziel ist die Entwicklung effizienter Modelle und Designregeln für nichtlineare Metamaterialien, die zu adaptiver Schwingungsisolierung, Frequenzkonversion und nicht-reziproker Wellenausbreitung fähig sind. Der erfolgreiche Kandidat wird in einem schweizerisch-französischen Verbundprojekt mit der Empa, der ETH Zurich und dem LAUM arbeiten.

Ihre Aufgaben ###

Als Doktorand in diesem Projekt werden Sie an hochgradig nichtlinearen Bausteinen für Schwingungs-Metamaterialien arbeiten. Spezifische Aufgaben zur Erzielung der anspruchsvollen Ergebnisse umfassen:

• Entwicklung analytischer und numerischer Modelle für stark nichtlineare Resonatoren, die nichtlineare Steifigkeits-, Dämpfungs- und Trägheitseffekte aufweisen.
• Design, Simulation und Optimierung neuartiger Resonatorkonzepte basierend auf Trägheitsverstärkung, bilinearer Steifigkeit und Mehrfreiheitsgrad-Dynamik.
• Herstellung und experimentelle Charakterisierung von Resonatorprototypen mittels Schwingungstests, Laser-Vibrometrie und Methoden der Modalanalyse.
• Untersuchung nichtlinearer Phänomene wie interner Resonanzen, Frequenzkonversion, Bifurkationen und nichtlinearem Energietransfer.
• Erstellung von reduzierten Ordnungsmodellen (Reduced-Order Models) und effizienten Simulationswerkzeugen für das Design von nichtlinearen Metamaterialien und Wellenkontrollvorrichtungen.
• Verbreitung der Forschungsergebnisse durch Publikationen in führenden Fachzeitschriften, Präsentationen auf internationalen Konferenzen und Zusammenarbeit mit Projektpartnern an der ETH Zurich und der Université du Mans.

Ihr Profil ###

Wenn Sie sich in der folgenden Beschreibung wiedererkennen, dann haben Sie das Profil, das zum Projekt und zur Forschungsgruppe passt:

• Ich habe einen Masterabschluss in Ingenieurwissenschaften, Physik oder Mathematik, den ich vor nicht mehr als vier Jahren erworben habe und bei dem ich im Vergleich zu meinen Mitstudierenden überdurchschnittlich abgeschnitten habe.
• Ich verfüge über gute Kenntnisse in Englisch in Wort und Schrift.
• Während meines Studiums oder meiner bisherigen beruflichen Tätigkeiten habe ich Erfahrungen in mindestens einem der folgenden Bereiche gesammelt: Struktur- und/oder nichtlineare Dynamik, numerische Modellierungstechniken (Finite-Elemente-Methode) oder experimentelle Methoden in der Akustik. Ich habe ein tiefes Interesse an diesen Themen.
• Als Forscher führe ich meine Untersuchungen strukturiert und wissenschaftlich fundiert durch. Ich lese Fachartikel, verstehe die Nuancen zwischen verschiedenen Theorien und implementiere sowie verbessere Methoden eigenständig.
• Durch regelmässiges Reporting, variierend von wöchentlich bis monatlich, zeige ich die erzielten Ergebnisse auf und gebe eine fundierte Interpretation dieser Ergebnisse.
• Ich iteriere meine Arbeit und meinen Ansatz basierend auf dem Feedback meiner Betreuer, welche die Richtung meiner Forschung vorgeben.
• Es ist mir wichtig, als aktives Teammitglied zu arbeiten, und ich bin bestrebt, meine Ergebnisse zu teilen, um meine Kollegen zu inspirieren und von ihnen inspiriert zu werden.
• Während meines PhD möchte ich mehr Unabhängigkeit erlangen, z. B. durch die Vertretung der Forschungsgruppe bei Projektsitzungen und Konferenzen. Ich sehe diese Veranstaltungen als Gelegenheit, meine Arbeit einem internationalen Fachpublikum und Forschungskollegen zu präsentieren und mehr über den größeren Kontext meiner Forschung und des Forschungsprojekts zu erfahren.

Unser Angebot ###

Wir bieten eine vollständig finanzierte, 4-jährige PhD-Stelle bei der Empa. Der Kandidat wird zudem als Doktorand an der ETH Zürich eingeschrieben und von Dr. Paolo Tiso mitbetreut. Der Kern des PhD-Projekts wird bei der Empa durchgeführt, mit mindestens einem Forschungsaufenthalt (Secondment) in Le Mans und intensiver Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Nichtlineare Dynamik an der ETHZ. Neben zahlreichen Möglichkeiten zur wissenschaftlichen und/oder industriellen Weiterentwicklung, die die Forschungsgruppe bietet, wird im Rahmen der Doctoral School eine weitere Doktorandenförderung bereitgestellt.

Starttermin ist Februar 2027 oder nach gegenseitiger Vereinbarung.

Sie arbeiten in einem lebendigen Umfeld in zentraler Lage in Europa. Die Empa hat ihren Hauptcampus in Dübendorf, nahe bei Zürich und 20 Minuten mit der Tram vom Flughafen Zürich entfernt. Zürich ist eine der Städte mit der weltweit höchsten Lebensqualität, ist offen für nicht deutschsprachige Menschen und bietet zahlreiche Möglichkeiten für soziale, kulturelle und Outdoor-Aktivitäten.

Wir fördern eine Kultur der Inklusion und des Respekts. Wir begrüßen alle Menschen, die an innovativen, nachhaltigen und sinnvollen Tätigkeiten interessiert sind. Unser Engagement ist in unserem Diversity Action Plan dokumentiert und bezieht sich auf spezifische Ziele, die regelmäßig umgesetzt und w