Flexible und effiziente Datenabbildung für Simulation gekoppelter Probleme

• Antragsteller: Professor Dr. Benjamin Uekermann
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515015468

Mehrphysik- und Mehrcodesimulationen sind ein elementarer Bestandteil heutiger Forschung. Neue Anwendungserkenntnisse lassen sich oft nicht mehr aus einzelnen Simulationsmodellen extrahieren, sondern benötigen die Kopplung und das flexible Zusammenspiel von immer mehr Simulationsmodellen, die immer unterschiedlicher werden. Generische Kopplungssoftware, die es erlaubt bestehende Simulationscodes einfachst möglich miteinander zu koppeln, kann eine große Hilfe sein, um diese zunehmende Komplexität zu bewältigen. In FLEXMAP bauen wir auf der Open-Source-Kopplungssoftware preCICE auf. preCICE ist ein Community-Projekt mit hunderten von Nutzern aus zahlreichen Anwendungsgebieten: Aerodynamik, Raumfahrt, Automotive, Windenergie, Biomechanik, Bionik, Schiffsmaschinenbau, Kernfusion, Reaktorsicherheit, Geophysik und viele mehr. Ursprünglich wurde preCICE für gitterbasierte, oberflächengekoppelte Probleme niedriger Ordnung entwickelt, wie z. B. Fluid-Struktur-Wechselwirkung. In den letzten Jahren sind jedoch immer mehr Anwender dazu übergegangen, preCICE für andere gekoppelte Probleme zu verwenden, wie z. B. Gitter-Partikel-Kopplung, Volumenkopplung oder Kopplung mit Diskretisierungen höherer Ordnung. Zu diesem Zweck werden Workaround-Implementierungen verwendet, die in bestimmten Situationen gute Ergebnisse liefern können, aber viele Nachteile haben: Sie sind unflexibel, schwer zu warten und oftmals ineffizient. Der limitierende Faktor für alle diese Fälle ist die Art und Weise, wie preCICE Kopplungsgitter und die Abbildung von Kopplungsdaten zwischen diesen Gittern derzeit handhabt. Das aktuelle Konzept ist zu starr.Das übergreifende Ziel von FLEXMAP ist es, neue Konzepte für flexiblere Lösungen zu entwickeln und zu implementieren, die sowohl solverspezifische oder sehr große volumengekoppelte Datenabbildungen, als auch dynamische Änderungen der Kopplungsgitter ermöglichen. Um die Steigerung der Flexibilität und Effizienz zu bewerten, betrachten wir drei Testfälle. Der erste Testfall, Fluid-Struktur-Wechselwirkung unter Verwendung des hochoptimierten ExaDG-Codes (aufbauend auf der bestehenden deal.II-preCICE-Integration), beinhaltet löserbasierte Datenabbildungen höherer Ordnung. Der zweite Testfall betrachtet große volumengekoppelte Datenabbildungsprobleme mit einer Partition-of-Unity Interpolation mit radialen Basisfunktionen in einer künstlichen Kopplungsumgebung, aber mit echten Geometrien aus den oben genannten Anwendungsbereichen. Der dritte Testfall ist eine hochdynamische Volumenkopplung zwischen den Partikelcodes XDEM und MercuryDPM und den CFD-Codes OpenFOAM und SU2.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Luxemburg, Niederlande
• Kooperationspartner: Dr. Xavier Besseron; Professor Dr.-Ing. Bernhard Peters; Professor Dr. Anthony Thornton; Professor Dr. Thomas Weinhart