Parallele und explizite Verfahren für die Simulation von Wirbelstromproblemen

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Clemens; Professor Dr. Sebastian Schöps
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Mathematik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235014286

Das Forschungsvorhaben Parallele und explizite Verfahren für die Simulation von Wirbelstromproblemen setzt die in den DFG-Sachmittelbeihilfen geförderten Vorarbeiten der Antragsteller fort. Ziel des Forschungsvorhabens ist es numerisch effiziente parallele Algorithmen für die Berechnung von Wirbelstromproblemen zu entwickeln, die besonders gut geeignet sind für aktuelle heterogene, massiv parallele Rechnerarchitekturen. Da konventionelle implizite und neu entwickelte (semi-)explizite Zeitintegrationsverfahren für magnetoquasistatische Probleme ab einer gewissen Anzahl von Rechenkernen nicht mehr gut skalieren, werden in diesem Forschungsvorhaben auch zeitparallele Algorithmen wie Mehrfach-Schießverfahren oder Parareal-Verfahren eingesetzt. Diese erschließen neues Parallelisierungspotential entlang der Zeitachse.Die bestehenden bzw. neu zu entwickelnden Algorithmen sollen es erlauben, transiente Magnetfelder in großen dreidimensionalen Modellen, von z.B. Transformatoren, Aktuatoren und Elektromotoren deutlich schneller als etablierte Verfahren zu berechnen. Hierdurch können diese Modelle optimiert und stochastische Unsicherheitsanalysen durchgeführt werden. Dies ist gerade von aktueller Bedeutung beispielsweise für die Entwicklung neuer Designs von leistungselektronisch gespeisten elektrischen Antrieben für die Elektromobilität. In den Vorgängerprojekten wurden durch die Entwicklung und Umsetzung paralleler und (semi-)expliziter Zeitintegrationsverfahren bereits die Grundlagen für eine Beschleunigung von Magnetfeldsimulationen und für eine noch weitergehende GPU-Portierung geschaffen. Im Rahmen des beantragten Nachfolgeprojekts sollen diese bisher entwickelten Algorithmen und Verfahrensansätze weiter verbessert und durch Einbindung und Weiterentwicklung der Parareal-Methodik eine weitere Beschleunigung für ihre Anwendung bei hochauflösenden dreidimensionalen Magnetfeldmodellen erreicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen