Simulation in der Konstruktion neu definiert

Das Fraunhofer IGD verlagert die Simulationsberechnungen auf die Grafikkarte und verkürzt so die Simulationszeit um das 80-fache.

15. März 2019
 Simulation in der Konstruktion neu definiert
Im Falschfarbenmodell zeigt die Simulation Schwachstellen in der Konstruktion. (Bild: Fraunhofer IGD)

Die Anforderungen an Konstruktionsergebnisse werden immer komplexer. Neben Sicherstellung der Bauteilfunktion wird in Zeiten additiver Fertigung auch die Frage des Materialeinsatzes immer relevanter. Auf dem Weg zum Optimum werden verschiedene Parameter nur um Bruchteile verändert. Nach jedem Schritt die Auswirkungen strukturmechanischer Änderungen auf einen Blick erkennen zu können, bleibt mit aktuellen Softwarelösungen im Simulationsbereich oft ein Wunschdenken.

Bereits 2018 stellte das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in einer vorläufigen Version seinen Strukturmechaniklöser »Ristra« (Rapid Interactive Structural Analysis) vor, der durch die Verlagerung der Simulationsberechnungen auf die Grafikkarte die Simulationszeit maßgeblich komprimiert. In seinem Update 2019, das vom Softwareanbieter Meshparts lizensiert wird, liefert Ristra noch schnellere Ergebnisse. Auf der Hannover Messe können Besucher am Fraunhofer-Gemeinschaftstand live beobachten, wie Ristra den hochdimensionalen Parameterraum eines parametrisierten Bauteils exploriert, das Bauteil in Echtzeit simuliert und evaluiert. Sie erhalten einen Eindruck, wie das Softwaretool Design- und Engineering-Prozesse beschleunigen und als Basis zur Bauteiloptimierung dienen kann.

Technologiesprung für den Konstruktionsprozess

Hinter der Entwicklung von Ristra stand die Vision, die computergestützte Konstruktion eines Bauteils und parallel dessen Stabilität durch Simulation in einem Arbeitsgang durchzuführen und damit einen direkten, intuitiven Arbeitsstil zu ermöglichen. Die Folge sind bessere Ergebnisse, nicht nur bezüglich der benötigten Entwicklungszeit, sondern auch der Qualität des Designs.

In der neuen Version 2019 gelang es den Entwicklern, alle Simulationsberechnungen auf die GPU zu verlagern. Die Operationen zur Generierung des linearen Gleichungssystems – etliche Millionen Gleichungen bilden je nach Komplexität der Konstruktion keine Ausnahme – wurden dabei speziell für die Bearbeitung mit dem Grafikprozessor optimiert. Durch das Ausnutzen der massiv-parallelen Berechnungspotenziale handelsüblicher, kostengünstiger Grafikarten werden die Auswirkungen vorgegebener Lastfälle auf die Struktur des Bauteils nahezu in Echtzeit in Falschfarben visualisiert. Im Rahmen eines Vergleichstests konnte Ristra ein Modell mit mehr als 1,3 Millionen finiten Elementen mehr als 80-mal schneller als eine kommerzielle Simulationssoftware berechnen.

Hannover Messe, Halle 6, Stand A30

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