MESHFREE - Beschleunigung komplexer strömungsmechanischer Simulationen | scapos AG

In gängigen Simulationsabläufen ist der Vorverarbeitungsschritt, der aus der Netzgenerierung und -anpassung besteht, sehr zeitaufwändig. MESHFREE verfolgt einen innovativen Punktwolken-Ansatz, bei dem Meshes vermieden werden und der es den Ingenieuren ermöglicht, ihre Produkte viel schneller zu entwerfen.

Nutzen & Mehrwert

Ein allgemeiner kontinuumsmechanischer Ansatz bildet die Grundlage für die Modellierung einer Vielzahl nichtlinearer physikalischer Phänomene wie nicht-newtonscher Flüssigkeiten und anderer komplexer Materialien. Daher können MESHFREE-Simulationen ein breites Spektrum von Anwendungen abdecken, z. B. Wassermanagement, Lawinen, Schaumbildung, Metallschneiden, anspruchsvolle Fluid-Struktur-Interaktionen und vieles mehr.

Im Gegensatz zu klassischen netzbasierten Ansätzen verwendet MESHFREE eine automatisch verwaltete Punktwolke, die sich effizient an die Simulationsdomäne anpasst – selbst wenn sich die Simulationsdomäne aufgrund bewegter Geometrien oder großer Verformungen schnell ändert.

MESHFREE ist ein leistungsstarkes Simulationswerkzeug für:

Strömungsdynamik
Kontinuumsmechanik
Mehrphasenszenarien

Kategorie:

Simulationen (CAE)

Entwickelt von

Fraunhofer ITWM

Ihre Kontaktperson

Gerne gebe ich Ihnen Auskunft zu unseren Softwareprodukten.

Ying Ge-WolfProduktvertrieb

+49-2241-14-4408
Kontakt

Info anfragen

MESHFREE Website

Vorteile und Merkmale

Die einzigartigen Funktionen von MESHFREE ermöglichen die numerische Simulation von Szenarien, die für andere Simulationswerkzeuge derzeit völlig unerreichbar sind: Simulation eines wasserdurchströmten Autos oder Turbinenabrieb. Darüber hinaus kann die Berechnung in Szenarien, die für netzbasierte Methoden schwierig sind, wie z. B. freie Oberflächenströmungen, schneller erfolgen.

MESHFREE ist vollständig MPI-parallelisiert und skaliert gut auf Clustern (gemeinsam und verteilt).
MESHFREE verwendet intern SAMG – eine leistungsstarke Bibliothek zur Lösung linearer Gleichungssysteme, die auf algebraischer Mehrgittertechnik basiert.
MESHFREE ist bereits für eine Vielzahl von Anwendungen im produktiven Einsatz. Eine umfassende Skriptsprache ermöglicht volle Flexibilität bei der Erstellung neuer Anwendungen und vollautomatischer Arbeitsabläufe.
MESHFREE ist keine statische Software. Sie wird von den Fraunhofer-Experten ständig weiterentwickelt, um ihren Status als Spitzensoftware zu sichern. Das Team fügt neue Funktionen hinzu und hält die numerischen Methoden mit den neuesten Forschungsergebnissen auf dem neuesten Stand.

Anwendungsbereiche

Automobilindustrie

Die Probleme der Automobilindustrie stehen seit Jahren im Fokus der Entwicklung von MESHFREE. Durch Virtualisierung in den frühen Phasen der Entwicklung können Probleme vermieden und Designaspekte optimiert werden, lange bevor der erste teure Prototyp gebaut wird.

MESHFREE simuliert erfolgreich eine breite Palette von Automobilanwendungen, wie z.B. Wasserdurchfahrten und Wassermanagement, Kraftstoffbefüllung und Schwappen, Wechselwirkungen mit Boden und Sand während eines Crashs sowie Getriebekomponenten.

Wasserkraft

In diesem Anwendungsbereich beschäftigen wir uns derzeit mit Impulsturbinen, sogenannten Peltonturbinen. Der Bedarf an Simulationen ergibt sich aus den Herausforderungen im Modernisierungsprozess bestehender Anlagen.

Für die Bewertung von Designänderungen zur Optimierung der langfristigen Effizienz verspricht die Virtualisierung ein großes Potenzial zur Beschleunigung des Entwicklungsprozesses. Die Simulation ist ein hervorragendes Werkzeug für die Vorhersage der Flüssigkeitsströmung, der Bildung von Wasserschichten und der Materialspannung – lange bevor ein Prototyp gebaut wird.

Fertigungstechnik

Die Prozessvirtualisierung in der Fertigungstechnik bietet den Ingenieuren wertvolle Werkzeuge, da sie wichtige Erkenntnisse über ihre Prozesse gewinnen, lange bevor das erste Werkzeug tatsächlich gebaut wird.

Es ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die Prozesse angemessen zu modellieren. Klassische netzbasierte Methoden, wie z.B. die Finite-Elemente-Methode (FEM), sind sehr gut geeignet, um die strukturmechanischen Eigenschaften des Werkstücks zu simulieren; sie erfordern jedoch einen hohen Aufwand für die 3D-Vernetzung und die Kopplung – wenn dies überhaupt möglich ist – zur Modellierung dynamischer Fertigungsprozesse. Dies ist z. B. bei großen Verformungen oder Kühlflüssigkeiten von Bedeutung.

Chemieingenieurwesen

In der Verfahrenstechnik ist der effiziente Einsatz von Chemie, Physik, Mathematik und Ökonomie der Schlüssel zur erfolgreichen Gestaltung komplexer und großtechnischer Produktionsketten. Detaillierte Prozesskenntnisse können verborgene Potenziale in einer bestehenden Produktionskette oder Anlagenkonzeption erschließen.

Mit MESHFREE bieten wir ein Virtualisierungswerkzeug an, das durch Simulation detailliertes Wissen über einzelne Prozessschritte generiert, die von fluiddynamischen und thermodynamischen Phänomenen bestimmt werden. Auch Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten können berücksichtigt werden.

Naturgefahren

Naturgefahren und Notfallmanagement sind angesichts des Klimawandels sehr wichtige Themen. Vorbeugende Maßnahmen sowie notwendige Evakuierungspläne können durch Virtualisierung und Simulation der jeweiligen Prozesse unterstützt und optimiert werden. MESHFREE ist spezialisiert auf die Simulation kontinuumsmechanischer Phänomene wie z.B.:

Freie Flächen: Dammbrüche und Überschwemmungen
Mehrphasige Szenarien: Lawinen und Murenabgänge
Fluid-Struktur-Interaktion (FSI): schwimmende Brücken

Lebensmittelindustrie

Bei der Gestaltung von Prozessen in der Lebensmittelindustrie können die folgenden Leistungsparameter berücksichtigt werden: Energieeffizienz des Prozesses, Minimierung von Produktfehlern, Minimierung von Abfällen, effiziente Reinigungsprozesse.

Für die Optimierung der Gesamtleistung ist ein detailliertes Verständnis der einzelnen Prozesse unerlässlich, um verborgene Potenziale zu erschließen. Die virtuelle Modellierung dieser einzelnen Prozesse kann bereits in einem frühen Planungsstadium, das zu Konstruktionsvorschlägen führt, oder in einer bestehenden Produktionskette zur Optimierung der Prozessparameter durchgeführt werden.

Medizin und Gesundheit

Die Fortschritte der Medizin im letzten Jahrzehnt sind stark von der Virtualisierung der ablaufenden Prozesse geprägt. Simulationen von chirurgischen Eingriffen oder die digitale Behandlungsplanung sind mittlerweile gut etabliert. MESHFREE ist in der Lage, die Virtualisierung von medizinischen und biologischen Prozessen in verschiedenen Aspekten weiter zu unterstützen:

Fluid-Struktur-Interaktion (FSI): Strömung in flexibler Struktur
Komplexes Materialverhalten: von Newtonschen zu Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten
Mehrphasige Szenarien: Kopplung von flüssigen und diskreten Phasen

Vergleich von MESHFREE mit Mesh-Based

Aspekt	Maschenbasierte Methode	MESHFREE
Vorbereiten einer 3D-Simulation	3D-Vernetzung. Hochwertige Netzsoftware erforderlich	Erfordert nur 2D-Oberflächennetz. MESHFREE füllt das Berechnungsgebiet automatisch mit der Punktwolke.
Freie Oberflächenströme	z.B. Volumen des Fluids, Berechnung des gesamten Bereichs	Bei MESHFREE muss nur der Teil des Simulationsbereichs berechnet werden, der mit dem Fluid gefüllt ist, was einen Rechenvorteil bedeutet.
Sich schnell bewegende Geometrien	Neuvermaschung (potenziell rechenintensiv)	Die Punktwolke passt sich automatisch an den sich verändernden Flüssigkeitsbereich an. Volle Flexibilität bei wechselnden Topologien.
Lokale Verfeinerung	Neuvermaschung (potenziell rechenintensiv)	Volle Flexibilität für lokale Verfeinerungen – sogar während der Simulationsberechnung mit unserem Computational Steering Feature!
Auswertung der Ergebnisse	Nachbearbeitung	Die Punkte der Punktwolke bewegen sich mit der Geschwindigkeit der Flüssigkeit. Dies ermöglicht eine sehr intuitive Visualisierung und Interpretation der Berechnungsergebnisse.