Großmaßstäbliche mikromechanische 3D-Modelle zur Schädigungssimulation in heterogenen Werkstoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Forschungsvorhabens war es ausgehend von hochaufgelösten pCT-Daten oder anderen bildgebenden Verfahren mit wenig Aufwand in der Modellerstellung eine effiziente Berechnung der Daten inklusive einer Aussage über die lokale Schädigungsinitiation zu ermöglichen. Dazu wurden die Daten in ihrer Grundgitterform belassen und durch Oktree-Algorithmen in homogenen Gebieten reduziert. Mit der Methode der konjugierten Gradienten, die mit matrixfreier Verfahren und mit einem Mehrgittervorkonditionierer kombiniert wurde, ist ein effizienter Lösungsalgorithmus gefunden, der vor allem die Einschränkungen im Bereich des Speicherbedarfs großer Modelle maßgeblich verringert. Um die Schädigungssimulationen unabhängig von dem nur co-stetigen Verlauf der Phasengrenzen zu gewährleisten, werden Mehrphasenelemente in den Randbereichen verwendet. Der Fokus lag hier auf der Beibehaltung der Gitterstruktur um matrixfreie Verfahren weiterhin realisierbar zu machen, dafür werden Abweichungen im Vergleich zu einer direkten Diskretisierung in Kauf genommen. Die Schädigungssimulation erfolgt mit Hilfe eines sequentiell-linearen Verfahrens, dem Sägezahnverfahren, dessen Anwendbarkeit für gitterbasierte Verfahren im Rahmen dieses Projektes gezeigt wurde. Die Kombination der vorgestellten und weiterentwickelten Methoden ermöglicht es, sehr große Modelle aus bildgebenden Verfahren direkt weiter zu verarbeiten, sehr speicherplatzeffizient und mit speziellen gitterbasierten Algorithmen zu berechnen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Hybrid Computing Models for Large-Scale Heterogeneous 3D Microstructures, International Journal for Multiscale Computational Engineering 9(4), pp 365-377, 2011
Schrader, K, Könke, C.
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Solving linear sparse systems on three dimensional structured grids using matrix-free methods: A comparison, ECCOMAS 2012 - European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, e-Book Full Papers, 2012, 2394-2406
A. Keßler, C. Könke
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Distributed computing for the nonlinear ananlysis of multiphase composites, Advances in Engineering Software 62-63 (2013),pp 20-32, 2013
Schrader, K., Könke, C.
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Assessment of image-based FE models in structural dynamics. Proceedings of the International Conference on Noise and Vibration Engineering (ISMA) 2014, Leuven, 15 - 17 September 2014
I. Stade, C. Guist, C. Könke, T. Richter
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”Generation of numerical simulation models in structural dynamics from computed tomography image data”, Proceedings of the METNET Seminar 2014, Moskau, 21 - 22 October
I. Stade, C. Könke
