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Inpartik - the art of simulating matters
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SOFTWARE &
METHODEN

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PARTIKELBASIERTE COMPUTERSIMULATIONEN

 

Computersimulationen sind als anerkanntes Werkzeug in den meisten Bereichen des Ingenieurwesens etabliert. Die simulationsgestützte Untersuchung und Optimierung von Maschinen, Anlagen oder Bauteilen ist trotzdem noch keineswegs ein alter Hut. Die anhaltende Dynamik in der Entwicklung der Computertechnologie erfordert ständig neue Softwarelösungen, die ein stetiges Wachstum der Komplexität von Simulationsszenarien ermöglichen. Plötzlich sind Dinge möglich, die bis vor kurzem noch als unerreichbar oder als zu kompliziert angesehen wurden.

 

Neuer Ansatz als Ergänzung etablierter Methoden

 

Die partikelbasierte Computersimulation, ist ein relativ neuer Ansatz, der sich in kurzer Zeit in vielen Bereichen des Ingenieurwesens einen Namen gemacht hat. Partikelbasierte Simulationsansätze stellen eine willkommene Ergänzung etablierter Methoden dar und füllen somit eine Lücke im Werkzeugkasten des Simulationsingenieurs. Sie erlauben die virtuelle Abbildung von Vorgängen, in denen eine große Anzahl einzelner Bauteile, Elemente oder Teilchen hochdynamisch bewegt werden. Ihr Anwendungsgebiet reicht von der Grundlagenphysik unter Anwendung von molekulardynamischen Methoden bis hin zur stark produktionsorientierten Simulationen von Bearbeitungs- oder Förderprozessen.  Inpartik bietet mit seiner Software Pasimodo®, sowie seinem Dienstleistungsangebot eine große Bandbreite von partikelbasierten Simulationsansätzen.

 

Unterschiedliche Methoden


Der Begriff partikelbasierte Computersimulation bedarf etwas Erläuterung, denn er bezieht sich nicht auf eine einzelne, konkrete Methode sondern auf einen generellen Modellierungsansatz, bei dem Materie durch Punkte oder kleine Elemente dargestellt wird. Je nach dem Typ der verwendeten Simulationsmethode hat der Begriff Partikel also eine sehr unterschiedliche Bedeutung. So können Partikel real existierende Bauteile repräsentieren, wie z.B. metallische Stanzteile, die in großen Mengen bewegt oder verarbeitet werden. Für solche Simulationen wird typischerweise die Diskrete Elemente Methode (DEM) verwendet.

 

Kontinuumssimulationen


Der Begriff Partikel kann sich aber in anderen Anwendungsfällen auch auf die virtuelle Repräsentation kleiner Materiequanten beziehen. Bei einem solchen Ansatz, der z.B. für Strömungssimulationen verwendet wird, werden kleine Anteile flüssiger oder fester Medien im Simulationsmodell zu einer künstlichen, räumlich begrenzten Einheit, dem Partikel zusammengefasst. Die Gesamtheit der Partikel ergibt dann das simulierte Medium Flüssigkeit, Gas, oder auch deformierbare Festkörper. Solche Simulationen werden mit Hilfe der Smoothed Particle Hydrodynamics-Methode (SPH) u.a. zur Untersuchung von schwappenden Flüssigkeiten beim Befüllen von Behältern, aber auch zur Optimierung von Bearbeitungsprozessen metallischer Bauteile durchgeführt.

 

Simulationssoftware


Neben den bereits beschriebenen Methoden stellt die Software Pasimodo® noch eine ganze Reihe weiterer Partikelsimulationsansätze zu Verfügung. Mehrere der beschriebenen Methoden können vom Benutzer innerhalb einer Simulation gemeinsam verwendet werden. Dies macht auch die Modellierung komplizierter Prozesse möglich. Die Koppelung mehrerer Methoden kann beispielsweise nötig sein, um feste Teilchen zu simulieren, die von Flüssigkeiten transportiert werden. Manchmal ist es darüber hinaus erforderlich, derartige Simulationen  mit anderen externen Simulationswerkzeugen wie z.B. Mehrkörpersimulationswerkzeugen (MKS) zu koppeln, um noch komplexere Aufgaben zu lösen.

DISKRETE ELEMENTE METHODE (DEM)


Die DEM ermöglicht eine computergestützte Berechnung des Bewegungsverhaltens einer sehr großen Anzahl von Objekten. Diese werden als Diskrete Elemente oder Partikel bezeichnet. Ihr Einsatzspektrum reicht von der Modellierung der Bodenverhältnisse fremder Himmelskörper...lesen Sie mehr

SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS (SPH)

 

Die SPH-Methode ist ein moderner Ansatz der Simulation von Flüssigkeits- oder Gasströmungen. Neben Fluidsimulation erlaubt sie auch die virtuelle Analyse komplexer Verformungs- oder Trennvorgänge wie sie z.B. bei der spanenden Bearbeitung von Metallbauteilen auftreten. Bei solchen Bearbeitungsprozessen...lesen Sie mehr

MEHRKÖRPERSIMULATION (MKS)

 

Anders als die bereits beschriebenen Methoden, ist die Mehrkörpersimulation keine Partikelmethode. Sie hat jedoch mit den bereits beschrieben Methoden einiges gemein....lesen Sie mehr

HIGH PERFORMANCE COMPUTING (HPC)

 

Partikelsimulationen ermöglichen eine äußerst detailierte Beobachtung dynamischer Vorgänge. Dazu ist es häufig nötig das simulierte Medium relativ fein, d.h. mit sehr vielen Partikeln aufzulösen. Hierfür gibt es mehrere Ursachen, die u.a. von der Art der verwendeten Simulationsmethode abhängen. Bei der Simulation granularer Medien mit Hilfe der...lesen Sie mehr