Gitterfreie Methoden

Gitterfreie Methoden benötigen im Gegensatz zu klassischen numerischen Verfahren wie Finite Elemente oder Finite Volumen kein Gitter und damit keine – teils sehr zeitintensive – Vernetzung des Strömungsgebiets. Wir entwickeln einen allgemeinen kontinuumsmechanischen Ansatz basierend auf einer Generalisierten Finite Differenzen Methode (GFDM), auch bekannt als Finite Pointset Method (FPM). Dieser kann neben üblichen strömungsdynamischen Prozessen auch eine große Vielfalt nichtlinearer physikalischer Phänomene wie nicht-newtonsche Flüssigkeiten und andere komplexe Materialien modellieren.

Die strömungsdynamischen Eigenschaften (u.a. Geschwindigkeit, Druck, Temperatur) sind dabei auf frei positionierbaren Informationsträgern (der so genannten Punktewolke) gespeichert, die bei zeitabhängigen Problemen mit der Strömung bewegt werden. Dadurch ist dieser Ansatz hervorragend für alle Probleme geeignet, bei denen gitterbasierte Verfahren aufgrund des notwendigen Remeshings an ihre Grenzen stoßen.
 

Beispiele sind:

  • strömungsdynamische Probleme mit freien Oberflächen
  • Mehrphasenströmungen
  • Fluid-Struktur-Interaktionen (FSI) mit starker Veränderung des Rechengebiets
  • strukturmechanische Probleme mit substanziellen Strukturänderungen

Mittlerweile existiert dieser Ansatz in einer kompressiblen und inkompressiblen Variante, die jeweils modular erweitert werden können. Darüber hinaus ist ein eigener Diskrete Elemente Löser integriert, der beispielsweise mit dem inkompressiblen Löser gekoppelt werden kann.

Beispielprojekte

 

Video und Projektseite

MESHFREE: »Punkt vor Gitter«

MESHFREE ist unser Softwareprodukt zur gitterfreien Simulation physikalischer Prozesse. Steffen Hagmann von Porsche, einer der Projektpartner, erklärt im Video wie sie die Software in der Fahrzeugentwicklung nutzen. Unsere Expertin Isabel Michel und Experte Jörg Kuhnert zeigen in welchen vielfältigen Bereichen MESHFREE außerdem zum Einsatz kommt.

 

SimuSTART – Einfacher Einstieg in Simulation

Im Projekt SimuSTART entwickelt wir mit dem Fraunhofer SCAI eine auf KMU zugeschnittene Lösung, die den Einstieg in MESHFREE und die Welt der gitterfreien Simulation erleichtert.

 

FPM zur Simulation von Strömungsproblemen in der Glasproduktion

In verschiedenen Projekten mit Schott Glas wurden Strömungsproblemen in der Glasproduktion simuliert.

 

PATHS - Pathlet-Animationstool für Hydrogeologische Simulationen

 

Betanken von Kraftfahrzeugen

Im Rahmen eines BMBF-Projekts wurde in Kooperation mit der Volkswagen AG an der Entwicklung eines auf FPM aufsetzenden Simulationstools für Betankungsvorgänge von Kraftfahrzeugen gearbeitet.

 

Entfaltung von Airbags

In Zusammenarbeit mit der Firma ESI wird ein Softwaretool für Airbaghersteller entwickelt, das den Aufblasvorgang gefalteter Airbags simuliert.