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Edem 2020: Teilchensimulation mit Altair-Lösungen verheiratet

Mitte November hat Altair die schottische DEM Solutions Ltd. gekauft. DEM steht für Discrete Element Method, eine Simulationstechnik, mit der sich die Bewegung einer großen Anzahl von Teilchen inklusive der Wechselwirkungen zwischen diesen Teilchen berechnen lässt. Ein Beispiel dafür ist eine Baggerschaufel voller Kies, die ausgekippt wird. Nun stellt das Unternehmen mit Edem 2020 eine neue Version seiner Software vor, die neue Werkzeuge für einfachere Simulation von Schüttgut und Granulat bietet und Schnittstellen zu den Erzeugnissen der neuen Mutter besitzt.

Altair Edem Sphere Fitting Tool
Mit dem Sphere Fitting Tool von Edem ist das Erstellen von komplexen Formen nun ein automatisierter Prozess (Alle Bilder: Altair).

Edem kommt für virtuelle Tests von Anlagen zur Förderung und Verarbeitung von Schüttgut im Bergbau, Maschinenbau und der verarbeitenden Industrie zur Anwendung. Weltweit setzen Unternehmen Edem ein, um Maschinendesigns zu optimieren, die Produktivität zu erhöhen, Betriebskosten zu senken, Produktentwicklungszyklen zu verkürzen und Produktinnovation voranzutreiben.

Das neue Release Edem 2020 von DEM Solutions umfasst unter anderem neue Kopplungsmöglichkeiten mit Altair MotionSolve, der Altair-Lösung für Mehrkörpersimulation, sowie OpenFOAM, der Open Source Software für Strömungsmechanik (CFD). Zudem kann Edem 2020 nu7n auch die GPU für Berechnungen nutzen, was große Geschwindigkeitssteigerungen ermöglicht.

Edem kann jede Materialgröße oder -form mit der rechnerisch effizienten und gut validierten Multi-Sphere Methode simulieren. Bei diesem Verfahren wird eine Form durch mehrere überlappende Kugeln nachgebildet und mit steigender Anzahl der Überlappungen eine höhere Formtreue ermöglicht. Mit dem neuen Sphere-Fitting Tool müssen Anwender die Kugeln nicht länger manuell anordnen, um die gewünschte Form zu erzeugen. Das Tool erstellt automatisch einen aus Kugeln approximiertes Partikel, das weitestgehend einer Partikelform entspricht, die aus einer CAD Datei importiert wurde. Anwender können die Anzahl der verwendeten Kugeln steuern und die minimale Kugelgröße eingrenzen. Das Werkzeug gibt Anwendern die Möglichkeit, von der effizienten Multi-Sphere Methode zu profitieren, ohne dabei den bisherigen Aufwand für die Nachbildung einer Partikelform betreiben zu müssen.

Meta Particle Funktion in Edem 2020
Die Erzeugung von Materialien wie Heu oder sogar Spaghetti ist mit der neuen Meta Particle Funktion in Edem 2020 möglich.

Bei vielen Industrieanwendungen kommen Materialien zum Einsatz, die von ihrer Beschaffenheit her flexibel oder länglich sind, wie zum Beispiel Fasern, Nutzpflanzen oder Gras. Die in Edem Creator eingeführten Metapartikel ermöglichen es Anwendern, einfach Partikelgruppen zu erzeugen, um flexible Fasern zu erstellen. Dies wird durch die Bonded Model Funktion ermöglicht, die zur Unterstützung von Metapartikeln überarbeitet wurde. Zudem ist sie vollkommen GPU konform. Das spart Zeit und reduziert den erforderlichen Aufwand, um eine Simulation für flexible Partikel aufzubauen. Es ermöglicht so allen Anwendern, solche Materialien auf einfache Art und Weise zu erzeugen.

Edem hatte zuvor bereits ein Bed Generation Tool (auch als Material Block bekannt) eingeführt, das Anwendern ermöglicht, große Materialvolumina schnell und einfach durch Kopieren und Anordnen von kleineren Materialblöcken zu erzeugen. In Edem 2020 wurde diese Fähigkeit erweitert, um als sogenannte „Dynamic Factory“ zu operieren, das heißt, der gleiche Materialblock wird automatisch in regelmäßigen Abständen in einer Simulation verwendet. Das funktioniert gut, wenn die Verarbeitung natürlich erfolgt, wie bei Zuführschnecken, Förderbändern, Ballenpressen und anderen. Diese Funktion ist eine leistungsstarke Methode, wenn es darum geht, das Ergebnis einer Simulation als Input für eine andere Simulation zu verwenden, ohne diese zu wiederholen, wodurch viel Zeit eingespart wird.

Ebenfalls zur Verfügung steht nun eine Bewegungssteuerung, die es Anwendern ermöglicht, die durch eine Kraft oder ein Moment entstandene Geometriebewegung einfach hinzuzufügen. Dies war bisher nur über die Edem-Kopplungsschnittstelle möglich. Nun können Kräfte und Momente direkt im Edem Creator hinzugefügt und mit der regulären Kinematik kombiniert werden. Das schafft eine leistungsstarke Umgebung, mit der eine Vielzahl an Geometriebewegungen einfach definiert werden kann, um den realen Anlagenbewegungen zu entsprechen.

Im Hinblick auf den Solver profitiert Edem 2020 von weiteren Geschwindigkeitsverbesserungen. In Benchmarks zeigte sich eine deutliche Beschleunigung, wenn GPUs, also Grafikprozessoren, anstelle der normalen CPU zum Einsatz kamen. So erreichten einige Standardbeispiele bei der Verwendung einer GPU-Karte eine 15-fache Geschwindigkeitsverbesserung im Vergleich zu 12 CPUs. Der GPU Solver ist kompatibel mit API-Modellen und die Edem-Kopplungsschnittstelle ermöglicht es dem gesamten Anwenderkreis, unabhängig von der Komplexität der Simulation von der Beschleunigung zu profitieren. Kunden können über den Kundenbereich (Login erforderlich) auf die GPU Benchmarks zugreifen.

EDEMpy ist eine Python Bibliothek für das Postprocessing und die Analyse von Edem Simulationsdaten, die es Anwendern einfacher macht, bestimmte Daten aus einem Simulationsdeck zu extrahieren und diese in einer kundenspezifischen und wiederverwendbaren Weise zu verarbeiten. Zu den Erweiterungen in der neuesten Version gehört unter anderem ein neues Binning-Feature für die Suche von Objekten in einem zylinder- oder kastenförmigen Behälter, neue Verfahren zur Ermittlung von Kugelpositionen und Radien sowie verbesserte Möglichkeiten, um Kontakt- und Verbindungsdaten zu erhalten.

Edem-MotionSolve Co-Simulation
Die Edem-MotionSolve Co-Simulation ermöglicht es, die Dynamik von Maschinenbewegungen zu modellieren und zu visualisieren.

Die Kopplung von Edem mit Software für die Mehrkörper-Simulation ermöglicht es Schwermaschinenkonstrukteuren, realistisches Schüttgut in ihre MKS-Simulationen einzubinden und wichtige Einblicke in die Interaktion von Maschine und Material zu erhalten. Edem kann nun auch mit Altair MotionSolve gekoppelt werden. DFie bisher schon bestehenden Schnittstellen zu anderen MKS-Softwarelösungen bleiben natürlich bestehen.

Die Edem-Fluent-Kopplung, mit der Anwender eine Vielfalt von Partikel-Fluidsystemen genau simulieren können, wurde überarbeitet und ermöglicht es Anwendern jetzt, Daten zu chemischen Spezies zu transferieren. Das bietet die Möglichkeit der Simulation von komplexen thermischen und chemischen Reaktionen, beispielsweise einer Verdunstung. In einem folgenden Update wird auch Verbrennung simuliert werden können. Das öffnet die Türen zu einer ganzen Reihe neuer Anwendungen, die auf Prozesse setzen, die von der Modellierung dieser Phänomene abhängen.

Anwender, die gekoppelte DEM-CFD-Simulationen durchführen wollen, haben nun die Möglichkeit, Edem mit Fluent oder der Open Source Software OpenFoam zu koppeln. Die Edem-OpenFoam-Kopplung überwindet dabei eine weit verbreitete Einschränkung der gekoppelten DEM-CFD-Simulationen, nämlich, dass Partikel ein kleineres Volumen aufweisen müssen als die von ihnen belegten Gitterzellen. Ingenieuren bietet sich so ein breites Spektrum neuer Einsatzmöglichkeiten für Simulationen.

Die vollständige Liste der in Edem 2020 verfügbaren Neuerungen finden sich hier in den Release Notes (Login erforderlich). Altair bietet darüber hinaus ein eLearning Portal und das kostenlose Videotraining „Introduction to Edem“.

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