Korrektur segmentierter Bilder granularer Mikrostrukturen zur präzisen Bestimmung mechanischer Eigenschaften
GeoApp: Contact Correction
Eine realistische Simulation granularer Mikrostrukturen benötigt eine Geometrie, die in der Regel mittels Mikro-CT-Aufnahmen gewonnen wird. Für verlässliche Ergebnisse sind sowohl das Sichtfeld (Field of View, FOV) als auch das repräsentative Elementarvolumen (Representative Elementary Volume, REV) entscheidend: Das FOV erfasst genügend Material, um die strukturelle Heterogenität widerzuspiegeln, während das REV die minimale Probengröße definiert, bei der sich die Materialeigenschaften stabilisieren.
Die Balance zwischen diesen Anforderungen führt häufig zu einer reduzierten Bildauflösung. In der voxelbasierten Darstellung verschwinden dadurch die kleinen Zwischenräume zwischen den Körnern, sodass Kontaktbereiche steifer im Vergleich zu ihrem tatsächlichen mechanischen Verhalten erscheinen. Diese Überschätzung der Steifigkeit führt zu Fehlern bei der Vorhersage der mechanischen Eigenschaften.
Die GeoApp Contact Correction behebt diese Artefakte, indem sie segmentierte Kontakte korrigiert und so die häufige Überschätzung der Steifigkeit aufgrund begrenzter Auflösung in Standard-Workflows – insbesondere bei konventionellen Reservoir-Gesteinen – behebt. Validiert anhand experimenteller Daten aus der digitalen Gesteinsphysik [1], ist diese Technologie auch auf eine Vielzahl anderer Korn-Materialien anwendbar, darunter Batterie- und Brennstoffzellen-Elektroden, Katalysatorstrukturen, Keramiken, gesinterte Materialien, Kornpackungen und Pulver.
Diese GeoApp passt Korn-zu-Korn-Kontakte an, um genauere Vorhersagen der mechanischen Eigenschaften zu ermöglichen, indem sie eine Korrektur der Kontaktsteifigkeit mit zwei unterschiedlichen, robusten Methoden anwendet. Beide Ansätze basieren auf der GrainFind-Segmentierung (Watershed-Algorithmus), die Körner und ihre Kontaktzonen präzise identifiziert.
GeoDict Publikationen
[1] M.Halisch, A.Jacob, O.Lykhachova, G.Burmester, A Novel Grain-Contact Modeling Approach for Enhanced Petro-Elastic Simulations in Digital Rock, SCA-2025. https://doi.org/10.5281/zenodo.16814031
[2] N.Saxena, R.Hofmann, A.Hows, E.H.Saenger, L.Duranti, J.Stefani, A.Wiegmann, A.Kerimov, M.Kabel, Rock compressibility from microcomputed tomography images: Controls on digital rock simulations, Geophasics, Vol.84, No.4, 2019. https://doi.org/10.1190/geo2018-0499.1
Kontaktkorrektur: Area-Dependent Method
- Bildsegmentierung bereitgestellt von OMV
- Experimentelle Daten bereitgestellt von LIAG
(a) Ursprüngliche Gesteinsprobe
(b) Struktur mit identifizierten und faktorisierten Kontakten
Kontaktkorrektur: Explicit Method
- Bildsegmentierung bereitgestellt von OMV
- Experimentelle Daten bereitgestellt von LIAG
(a) Porosität steigt mit Reduktion der Kontaktflächen
(b) Struktur mit identifizierten und faktorisierten Kontakten
Area-Dependent Method bei einer
Anoden-Mikrostruktur
- Elektrodenstruktur generiert mit der GeoApp “Bimodal Anode”
- Porosität: 37.9%
- Reduktion der Kontaktsteifigkeit: 25%
Steifigkeit:
(a) Ursprüngliche Struktur: 3.77 GPa
(b) Struktur mit einfachen Kontakten: 1.84 GPa
(c) Struktur mit faktorisierten Kontakten: 1.06 GPa
GeoApp Features
Area-Dependent Method
Die Flächenabhängige Steifigkeitsreduktion wird in [1] beschrieben. Dabei bleibt die ursprüngliche Segmentierung unverändert, jedoch werden die mechanischen Eigenschaften angepasst, um ein realistischeres Verhalten abzubilden. Dies geschieht durch die Reduktion der effektiven Steifigkeit basierend auf der relativen Größe der Kontaktflächen zwischen den Körnern.
Explicit Method
Bei der Expliziten Reduktion der Kontaktfläche [2] werden Kontaktvoxel physisch abgetragen, um die Kontaktzonen zu verkleinern. Diese Methode verändert die Porosität der ursprünglichen Struktur und ermöglicht so Simulationen, die den experimentellen Bedingungen besser entsprechen – selbst bei bildgebenden Daten mit begrenzter Auflösung.
Für folgende Module ist eine Lizenz notwendig:
Diese Module und GeoApps werden oft mit der "Contact Correction" GeoApp kombiniert:
| Import & Bildverarbeitung | ImportGeo-Vol |
| Bildanalyse | |
| Materialmodellierung | GrainGeo |
| Simulation & Vorhersage | ElastoDict |
Welche Module für Sie am besten passen, ist abhängig von der Art Ihrer Anwendung.