19. JUNI 2018
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Gitterfreie Simulation von physikalischen Prozessen


Mit Meshfree stellen das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und das Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI ein innovatives Softwareprodukt zur gitterfreien Simulation physikalischer Prozesse bereit.

»Mit Meshfree begegnen wir den Herausforderungen der Lebensmittelindustrie mit innovativer Simulation. Nahezu alle Prozesse und Verfahren, die in der Praxis der Branche im Fokus stehen, können mit der Softwarelösung berechnet und virtuell realisiert werden«, so Dr. Jörg Kuhnert, Experte beim Fraunhofer ITWM. »Das heißt für Unternehmen konkret, sie optimieren auf dieser Basis ihre Prozesse und sparen so häufig nicht nur Ressourcen, sondern auch Geld und Zeit«.

Universelles Modell für Flüssigkeiten und feste Stoffe
Die Lösung basiert auf einem allgemeinen Materialmodell. Diese Allgemeinheit erlaubt es, auch komplexes Materialverhalten abzubilden und mit der gleichen numerischen Methodik zu behandeln. Für die Auswahl des Lösungsalgorithmus muss das Medium nicht in flüssig oder fest eingeteilt werden. Die Angabe der Materialeigenschaften wie z.B. Viskosität oder Elastizität in Form eines Schubmoduls reicht aus, um das Verhalten des Mediums  vorherzusagen. Meshfree ist optimal geeignet, um Coating-, Extrusions-, Formgebungs-, Homogenisierungs-, Injektions-, Knet-, Press- oder Rührprozesse zu simulieren.

Ohne Gitter schneller zum Ergebnis
Die Software verbindet die Finite-Pointset-Methode (FPM) zur Lösung der Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie mit effizienten Algorithmen zur Lösung linearer Gleichungssysteme. Die Technologie basiert nicht auf den geometrischen Eigenschaften eines Rechengitters, damit entfällt das langwierige Erstellen und Aufarbeiten dieser Netze.

Der Benutzer exportiert direkt die Geometrie aus gängigen CAD-Tools und verwendet sie für die Simulation. Da die Software keine Rechengitter mehr benötigt, ist die Software enorm flexibel in der Organisation der Rechenpunkte; denn es entsteht kein aufwändiges Anpassen der Netztopologie bei hochdynamischen Prozessen – wie beispielsweise bei Strömungen mit freien Oberflächen oder sich schnell bewegenden Geometrieelementen.

Synthese erfolgreicher Softwarepakete 
Mit Meshfree profitiert der Anwender von der langjährigen Erfahrung und Expertise der Fraunhofer-Institute ITWM und SCAI in der Simulation komplexer physikalischer Prozesse, denn die Software bündelt die Expertise beider Institute auf dem Gebiet gitterfreier Simulationsmethoden. Das Produkt ist eine Synthese aus zwei Softwarepaketen (FPM und SAMG), die schon vielen Jahren erfolgreich in vielen unterschiedlichen Industriebranchen vertrieben und kontinuierlich weiterentwickelt werden. eit

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