Modellreduktion

Dank hochentwickelter Software und starker Rechnerleistung lassen sich heute technische Produkte und Prozesse sehr detailliert simulieren. In der Regel genügt dies dem Entwickler jedoch nicht: Er möchte Varianten erproben, schnell bewerten und schließlich optimieren oder das Wechselspiel z.B. zwischen Struktur und Strömung verstehen.

Die Schlüsseltechnologie hierfür lautet parametrische Modellreduktion: Hierbei werden die Ausgangsobjekte, z.B. große Finite-Elemente-Modelle eines schwingenden Körpers oder nichtlineare differential-algebraische Gleichungen zur Beschreibung eines Energietransportnetzes, in parametrische reduzierte Zustandsraummodelle überführt. Diese können dann erheblich schneller ausgewertet werden als die Ursprungsmodelle und wegen der einheitlichen Struktur lassen sich auch Objekte, die ursprünglich mit ganz unterschiedlichen Simulatoren modelliert wurden, miteinander koppeln.

Mit dem bei uns am Fraunhofer ITWM entwickelten parametrischen Ansatz können zwei klassische Probleme der Modellreduktion überwunden werden:

• Für neue Designparameter muss keine neue Reduktion mehr gestartet werden. Vielmehr wird aus wenigen, einmal vorab erstellten reduzierten Modellen das für den neuen Parametersatz per Interpolation erzeugt – oft in Bruchteilen einer Sekunde.
• Nichtlinearitäten können endlich behandelt werden, und zwar, indem Arbeitspunkte als Modellparameter dienen.

Das Konzept zur Behandlung neuer Aufträge besteht darin, je nach Anwendung neue Schnittstellen zur am Fraunhofer ITWM entwickelten universellen Modellreduktions-Toolbox (MRT) zu implementieren. Bisher liegen solche für ANSYS (Multiphysics FE-Paket) und PSAT (Simulator für elektrische Transportnetze) vor.

In den vergangenen Jahren wurden Projekte aus ganz unterschiedlichen Bereichen bearbeitet: elektrische und Erdgasnetze, aktive Lärmreduktion in Fahrzeugen, Echtzeitsimulation tieffrequenter Raumschallfelder, Optimierung eines Subwoofers, sowie Industrieprojekte im Bereich thermische Verformung.