Software

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-Wechselwirkungen 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 von bewegten Geometrien oder großen Verformungen schnell ändert.

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

Vorteile von MESHFREE:

  • MESHFREE ist vollständig MPI-parallelisiert und skaliert gut auf Clustern (gemeinsam und verteilt).
  • MESHFREE verwendet intern SAMG – eine leistungsstarke Bibliothek zur Lösung linearer Gleichungssysteme auf der Grundlage der algebraischen Mehrgittertechnik.
  • 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 kontinuierlich 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.

Leistungen

Um eine bestmögliche Zusammenarbeit zu gewährleisten, bietet Fraunhofer begleitende Dienstleistungen entlang des gesamten Produkt- und Prozessentwicklungszyklus an.

  • Lizenzierung – unsere Partner können MESHFREE lizenzieren, um beliebige Anwendungen auf ihrer eigenen Hardware zu simulieren
  • Training – Anfänger und Fortgeschrittene erarbeiten sich Kenntnisse in der Nutzung von MESHFREE
  • Auftragssimulationen – unsere Partner bestellen MESHFREE-Simulationen für spezifische Anwendungen auf Fraunhofer-Hardware
  • Machbarkeitsstudien – neue Anwendungen von Partnern werden bei Fraunhofer untersucht
  • Forschungsprojekte – neue Funktionen und Modelle werden im Rahmen von industriellen und öffentlich geförderten Projekten in Zusammenarbeit mit unseren Partnern aus Industrie, Forschungsinstituten und der Wissenschaft entwickelt
  • Förderung des akademischen Nachwuchses – Studenten werden bei der Nutzung von MESHFREE für ihre Diplomarbeit unterstützt

Video: MESHFREE »Auf den Punkt gebracht«

Steffen Hagmann von Porsche, einem der Projektpartner, erklärt, wie sie die Software in der Fahrzeugentwicklung einsetzen. Unsere Expertin Isabel Michel und unser Experte Jörg Kuhnert erklären, in welchen anderen Bereichen MESHFREE eingesetzt wird.

Datenschutz und Datenverarbeitung

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In der Praxis: Ein Überblick über die ganze Bandbreite der Anwendungen in unserem MESHFREE-Video

Vergleich von MESHFREE mit netzbasierten Methoden

Aspekt Netzbasierte Methode MESHFREE
Vorbereitung einer 3D-Simulation 3D-Vernetzung. Hochwertige Netzsoftware erforderlich Benötigt nur ein 2D-Oberflächennetz. MESHFREE füllt den Berechnungsbereich automatisch mit der Punktwolke.
Freie Oberflächenströmungen z.B. Volume-of-fluid, Berechnung des gesamten Bereichs In MESHFREE muss nur der Teil des Simulationsbereichs berechnet werden, der mit der Flüssigkeit gefüllt ist, was einen rechnerischen Vorteil bietet.
Schnell bewegende Geometrien Neu-Vernetzung (potenziell rechnerisch aufwendig)

Die Punktwolke passt sich automatisch dem sich ändernden Flüssigkeitsbereich an. Volle Flexibilität bezüglich sich ändernder Topologien.

Lokale Verfeinerung Neu-Vernetzung (potenziell rechnerisch aufwendig)

Ebenfalls volle Flexibilität für lokale Verfeinerung – sogar während der Simulation mit unserer rechnergestützten Steuerungsfunktion!

Interpretation der Ergebnisse

Nachbearbeitung

Die Punkte der Punktwolke bewegen sich mit der Geschwindigkeit der Flüssigkeit. Dies ermöglicht eine sehr intuitive Visualisierung und Interpretation der Berechnungsergebnisse.

Löser

MESHFREE bietet eine Reihe etablierter numerischer Löser. In Mehrphasenszenarien können diese Löser nach Bedarf kombiniert werden.
 

Inkompressible/schwach kompressible Strömungen und Kontinuumsmechanik

Impliziter Löser für die Erhaltungsgleichungen inkompressibler und schwach kompressibler Strömungen mit Anwendungen in der Fluiddynamik oder der Modellierung komplexer Materialien
 

Kompressible Strömungen

Expliziter Löser für die Erhaltungsgleichungen der Gasdynamik
 

Diskrete Elemente

Expliziter Löser für die Bewegung von Feststoffteilchen oder Flüssigkeitströpfchen, z.B. in Wechselwirkung mit einer inkompressiblen Fluidströmung
 

Starre Körper

Starrkörperbewegung (Translation und Rotation) von Geometrien aufgrund der einwirkenden Kräfte der Strömung
 

Externe Strömungsdaten

Datenquelle für einseitige Kopplung oder Vergleich in Konvergenzstudien

 

Co-Simulation

Kopplung an externen Löser für Anwendungen zur Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)