Modellierung von Schwämmen, offen- und geschlossenzelligen Schäumen
FoamGeo
FoamGeo erstellt fortschrittliche digitale 3D-Modelle, sogenannte digitale Zwillinge, von Kelvin-Zellen, Schwämmen sowie offen- und geschlossenzelligen Schäumen. Typische Anwendungsbereiche sind Dämmstoffe (wie geschlossenzellige Polyethylenschäume), Dämpfungsmaterialien, Akustik und Metallschäume. Unser Modellierungsprozess beginnt mit einer statistischen Beschreibung des Materials, die zentrale Parameter wie den Feststoffvolumenanteil, die Zellgrößenverteilung, die Zellform, die Zellorientierung, die Zellwanddicke, den Strebendurchmesser und die Strebenform umfasst.
In Fällen, in denen die statistischen Eingabeparameter der Schaumzellen unbekannt sind, kommt unser innovatives PoroDict-Modul zum Einsatz. Mithilfe von 3D-Scans realer Materialien ermittelt PoroDict effizient die Zellparameter und gewährleistet so Genauigkeit und Zuverlässigkeit im Modellierungsprozess.
Das resultierende digitale 3D-Mikrostrukturmodell, der digitale Zwilling eines Schaums, bietet ein beispielloses Maß an Detailgenauigkeit und ermöglicht präzise Analysen, die mit denen herkömmlicher µCT-Scans vergleichbar sind. Beispiele für die Analysefähigkeiten umfassen die Berechnung der Porengrößenverteilung (mit dem PoroDict-Modul) und die Simulation mechanischer Eigenschaften (mit dem ElastoDict-Modul).
Im Gegensatz zu einem einzelnen CT-Scan erweist sich ein digitaler Zwilling, der auf einem statistischen Modell basiert, als unerläßlich für das digitale Materialdesign. Ein digitaler Zwilling ermöglicht die Erforschung verschiedener Materialstrukturen, indem die zugrunde liegenden Parameter digital angepasst werden. Für einen Schaum ist es beispielsweise sehr einfach, den Einfluss einer anderen Zellgrößenverteilung auf seine mechanische Stabilität zu untersuchen.
GeoDict ermöglicht einen direkten Vergleich zwischen neuen Designs und bestehenden Produkten. Mit den berechneten Materialeigenschaften, die wertvolle Einblicke liefern, wird ein Ansatz geschaffen, der die Entwicklung völlig neuer Materialdesigns ermöglicht.
Wissenschaftliche Publikationen
Statistischer digitaler Zwilling eines Aluminiumschaums
Übereinstimmung der geometrischen Eigenschaften:
- SVP: 4,74 %
- Zellgrößenverteilung
- Zellanisotropie und -orientierung
- Verteilung von Strebenform und -durchmesser
(a) CT-Scan, (b) Statistischer digitaler Zwilling
Erzeugung komplexer Schäume
In Kombination mit unseren Modulen GrainGeo,
GadGeo und ProcessGeo können komplexere
Formen wie Schaumperlen erzeugt werden.
Erzeugung eines Schaums mit FoamGeo
Benutzerfreundliche GUI zur Erzeugung eines beliebigen Schaums
- Mit geschlossenen oder offenen Zellen
- Mit benutzerdefinierter Zellgrößenverteilung
Dank voxelbasiertem Modell
- Keine Balkenelemente erforderlich
- Kein kompliziertes Netz erforderlich
FoamGeo Features
FoamGeo bietet zwei Optionen zur Erstellung von Schwämmen und Schäumen.
Die Option Kelvin Structure ermöglicht die Erstellung regulärer Schäume und Schwämme, bei denen die Grundbausteine der Struktur Kelvin-Zellen sind. Diese Schäume können mit offenen, teilweise geschlossenen oder vollständig geschlossenen Zellwänden erzeugt werden, je nach den gewünschten Eigenschaften. Die Streben der Struktur können mit kreisförmigem, hohlem oder (drei-)eckigem Querschnitt generiert werden. Darüber hinaus können die Dicke der Zellwände und die Durchmesser der Streben präzise angepasst werden, um die strukturellen und mechanischen Eigenschaften des Schaums gezielt zu verändern.
Die Option Random Foam hingegen ermöglicht die Erstellung von Schäumen mit unregelmäßigen, zufällig verteilten Zellen. Benutzer können die Größenverteilung, Anisotropie und Orientierung der Zellen definieren, um eine individuell angepasste zufällige Geometrie zu erstellen. Wie bei der Kelvin-Struktur können die Zellwände und die Formen der Streben spezifiziert werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Feststoffvolumenanteil der Schaumstruktur zu steuern, wodurch eine präzise Anpassung ihrer Dichte und Materialeigenschaften ermöglicht wird.
Welche zusätzlichen Module werden benötigt?
Diese Module werden oft mit FoamGeo kombiniert:
| Bildverarbeitung & Bildanalyse | ImportGeo-Vol | ||||
| Charakterisierung & Analyse | PoroDict + MatDict | ||||
| Modellierung & Design | |||||
| Simulation & Vorhersage | ConductoDict | DiffuDict | ElastoDict | FlowDict | AcoustoDict |
| Schnittstellen | ExportGeo-CAD + MeshGeo |
Welche Module für Sie am besten passen, ist abhängig von der Art Ihrer Anwendung.