Wo Lebensmittel verarbeitet werden, finden viele Prozesse statt. Da wird geformt, homogenisiert, injiziert, geknetet, gepresst oder gerührt. Was genau bei all diesen Verfahren geschieht, lässt sich jetzt mit Hilfe einer neuen Software simulieren: Mit Meshfree haben das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und das Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI eine Möglichkeit zur gitterfreien Simulation physikalischer Prozesse entwickelt.
„Nahezu alle Prozesse und Verfahren, die in der Praxis der Branche im Fokus stehen, können mit der Softwarelösung berechnet und virtuell realisiert werden“, sagt Dr. Jörg Kuhnert, Experte beim Fraunhofer ITWM. Unternehmen können damit ihre Prozesse verbessern und Ressourcen, Zeit und Geld sparen.
Universelles Modell für Flüssigkeiten und feste Stoffe
Meshfree basiert auf einem allgemeinen Materialmodell. Diese Allgemeinheit erlaubt es, auch komplexes Materialverhalten abzubilden und mit der gleichen numerischen Methodik zu behandeln. Für die Auswahl des Lösungsalgorithmus muss das Medium nicht in flüssig oder fest eingeteilt werden.
Die Angabe der Materialeigenschaften wie Viskosität oder Elastizität in Form eines Schubmoduls reicht aus, um das Verhalten des Mediums mit Meshfree vorherzusagen. Meshfree ist optimal geeignet, um Coating-, Extrusions-, Formgebungs-, Homogenisierungs-, Injektions-, Knet-, Press- oder Rührprozesse zu simulieren.
Ohne Gitter schneller zum Ergebnis
Die Software verbindet die Finite-Pointset-Methode (FPM) zur Lösung der Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie mit effizienten Algorithmen zur Lösung linearer Gleichungssysteme. Die Technologie basiert nicht auf den geometrischen Eigenschaften eines Rechengitters, damit entfällt das langwierige Erstellen und Aufarbeiten dieser Netze.
Der Benutzer exportiert direkt die Geometrie aus gängigen CAD-Tools und verwendet sie für die Simulation. Da Meshfree keine Rechengitter mehr benötigt, ist die Software enorm flexibel in der Organisation der Rechenpunkte; denn es entsteht kein aufwändiges Anpassen der Netztopologie bei hochdynamischen Prozessen – wie bei Strömungen mit freien Oberflächen oder sich schnell bewegenden Geometrieelementen.
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