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Modellierung von granularen Strukturen

GrainGeo

GrainGeo erstellt digitale 3D-Modelle von Keramiken, Sinterwerkstoffen, Kornpackungen oder Pulvern. Ausgangspunkt für die Modellierung sind benutzerdefinierte Parameter wie bekannte Korngrößenverteilung, Porengrößenverteilung und Kornformen. Das detaillierte digitale 3D-Mikrostrukturmodell ermöglicht eine genaue visuelle Analyse, die sonst nur durch einen µCT-Scan möglich ist.

Durch Veränderung der dem Modell zugrunde liegenden Parameter werden neue Materialstrukturen entwickelt und deren Materialeigenschaften berechnet. Neue Designs und bestehende Produkte werden verglichen und die Leistung optimiert.

Anwendungsbeispiele

Modellierung von:

  • Kugelschüttungen (und Schüttung anderer Objekte) 
  • Gesinterten Keramiken
  • Katalysator- und Mikroporöser-Schicht aus PEM Brennstoffzellen
  • Kathodenmaterialien aus Lithium-Ionen-Akkus und anderer Batteriematerialien
  • Gesteinen z.B. Sandstein
  • sehr dichten Kugelpackungen
Kathodenmodel einer Lithium-Ionen Batterie erstellt mit GrainGeo
Kathodenmodel einer Lithium-Ionen Batterie erstellt mit GrainGeo

Anwendungsbeispiele

3D-Microstrukturmodell einer Katalysatorschicht in der PEM-Brennstoffzelle
3D-Microstrukturmodell einer Katalysatorschicht in der PEM-Brennstoffzelle
3D-Microstrukturmodell einer Lithium-Ionen-Elektrode
3D-Microstrukturmodell einer Lithium-Ionen-Elektrode
3D-Mikrostrukturmodell einer Piezokeramik
3D-Mikrostrukturmodell einer Piezokeramik
2D-Modell einer Piezokeramik
2D-Modell einer Piezokeramik
3D-Mikrostrukturmodell einer Rußpartikelfilter-Keramik
3D-Mikrostrukturmodell einer Rußpartikelfilter-Keramik
3D-Microstrukturmodell einer geschichteten Rußpartikelfilter-Keramik
3D-Microstrukturmodell einer geschichteten Rußpartikelfilter-Keramik
3D-Mikrostrukturmodell einer Piezokeramik
3D-Mikrostrukturmodell einer Piezokeramik
Modell einer Entsalzungsmembran - die Struktur wurde mit GeoDict an der KAUST, Saudi Arabia, von G. Printsypar entworfen
Modell einer Entsalzungsmembran - die Struktur wurde mit GeoDict an der KAUST, Saudi Arabia, von G. Printsypar entworfen

GrainGeo Features

Ausgehend von zufälligen Verteilungen, Schüttungen und Packungen verschiedenster digitaler Körner mit vorgebbaren Korngrößenverteilungen können verschiedene Stadien des Versinterns über geometrische Operationen nachgebildet werden.

Das Spektrum reicht von Sintermaterialien mit offenen Porositäten, über geschlossene Porositäten bis hin zu dichtgesinterten Verbundwerkstoffen. Als Körner kann man zwischen Kugeln, Ellipsoide, aber auch Fasern und allgemeinen Polyeder mit zufallsverteilten Parametrisierungen auswählen.

Des Weiteren können mit GrainGeo auch Kugelpackungen mit komplizierten Kugelgrößenverteilungen und Packungsdichten nahe am theoretischen Limit erzeugt werden und ein Binder den erzeugten Strukturen hinzugefügt werden.

Welche zusätzlichen Module werden benötigt?

  • Für die Grundfunktionalität wird das Paket GeoDict Base benötigt.
  • GrainFind: berechnet auf dem µCT-Scan die statistischen Eigenschaften und ermöglich so ein vorhandenes Material mit GrainGeo realistisch zu modellieren
  • ExportGeo-CAD: Export der mit GrainGeo modellierten 3D-Microstrukturen als Oberflächentriangulierung (*.slt) für CAD Programme
  • ExportGeo-Abaqus und ExportGeo-Fluent: Export der mit GrainGeo modellierten 3D-Microstrukturen als Simulationen mit Fluent / Abaqus