Schüttgut und Granulat: Mit DEM einfacher und schneller simulieren

Altair veröffentlicht das neue Release Altair EDEM 2020 für schnellere Arbeitsabläufe und schnellere Ergebnisse. Es umfasst Werkzeuge für einfachere Simulation von Schüttgut und Granulat.

Altair, Anbieter von Software- und Cloud-Lösungen für die Bereiche Produktentwicklung, High-Performance Computing (HPC) und Data Analytics, hat Altair EDEM 2020 veröffentlicht, eine Diskrete-Elemente-Methode- (DEM)-Software für die Simulation von Schüttgut und Granulat.

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.

EDEM 2020 von DEM Solutions Ltd., die kürzlich von Altair übernommen wurden, ermöglicht schnellere Arbeitsabläufe und stellt nun neue Werkzeuge für einen schnelleren und einfacheren Simulationsaufbau zur Verfügung. Das neue Release umfasst auch neue Kopplungsmöglichkeiten mit der Software für Mehrkörper-Simulation Altair MotionSolve sowie der Open Source Software für Strömungsmechanik (CFD) OpenFoam.

Simulation von Schüttgut, aber auch von flexiblen Fasern

„Geschwindigkeit war in unserer Entwicklungsarbeit von zentraler Bedeutung, und die fortlaufenden Releases wurden darauf ausgerichtet, EDEM Funktionalitäten für GPU-Technologie zu implementieren, damit alle Anwender von der deutlichen Beschleunigung ihrer Simulationen profitieren können“, sagte Mark Cook, Produktmanager Altair für EDEM. „Mit EDEM 2020 adressieren wir nun den Simulationsaufbau und führen erweiterte Fähigkeiten wie Meta Particles für die Simulation von flexiblen Fasern sowie Motion Control für erweiterte Geometriebewegung ein. Zusätzlich gibt es neue Werkzeuge wie Sphere Fitting, welches heute zu den Standard-Funktionalitäten von EDEM gehört“.

Die EDEM 2020-Funktionen umfassen:

Neues Sphere Fitting-Tool

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.

Erstellung von Metapartikeln

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. 

Material Block Dynamic Factory

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.

Motion Control

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. 

Bessere Leistung

Im Hinblick auf den Solver profitiert EDEM 2020 von weiteren Geschwindigkeitsverbesserungen. In Benchmarks zeigte sich eine deutliche Beschleunigung, wenn GPUs anstelle von nur CPUs 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.

Post-processing – EDEMpy 0.1.2

EDEMpy ist eine Python Bibliothek für das Post-processing 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.

Neue EDEM-MotionSolve-Kopplung

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 über die Lösungen, die bereits mit anderer MKS Software zur Verfügung stehen, mit Altair MotionSolve gekoppelt werden.

Die EDEM-MotionSolve Co-Simulation ermöglicht es, die Dynamik von Maschinenbewegungen zu modellieren und zu visualisieren sowie zu untersuchen, wie Lasten durch Schüttgüter über das mechanische System verteilt werden.

Erweiterungen der EDEM-Fluent Kopplung

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 wie zum Beispiel Verdunstung. In einem folgenden Update wird auch Verbrennung simuliert werden könnnen. Das öffnet die Türen zu einer ganzen Reihe neuer Anwendungen, die auf Prozesse setzen, die von der Modellierung dieser Phänomene abhängen. Um mehr über die Simulation von Verdunstung zu erfahren, lesen Sie bitte diesen Blogpost von A. Hobbs bei Astec, Inc.

Neue EDEM-OpenFoam-Kopplung

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.

Bild oben: Die EDEM-MotionSolve Co-Simulation ermöglicht es, die Dynamik von Maschinenbewegungen zu modellieren und zu visualisieren sowie zu untersuchen, wie Lasten durch Schüttgut über das mechanische System verteilt werden. Bild: Altair.

Weitere Informationen: https://www.edemsimulation.com/courses/course-e2019-introduction-to-edem/