Modellierung von granularen Strukturen

GrainGeo erstellt fortschrittliche digitale 3D-Modelle, auch als digitale Zwillinge bekannt, für eine Vielzahl von Materialien wie Batterie- und Brennstoffzellen-Elektroden, Katalysatormaterialien, Keramik, Gesteine, gesinterte Materialien, Kornverpackungen und Pulver. Unser Modellierungsprozess beginnt mit einer statistischen Analyse des Materials, die wichtige Faktoren wie Korngrößenverteilung, Porengrößenverteilung und Kornformen umfasst.

In Fällen, in denen die statistischen Eingabeparameter unbekannt sind, kommt unser innovatives Modul, GrainFind, zum Einsatz. Unter Verwendung von 3D-Bildern echter Materialien berechnet GrainFind effizient die erforderlichen Parameter und gewährleistet Genauigkeit und Zuverlässigkeit im Modellierungsprozess.

Das erstellte digitale 3D-Mikrostrukturmodell (der digitale Zwilling) bietet ein beispielloses Maß an Detailgenauigkeit und ermöglicht detaillierte Analysen, die mit herkömmlichen µCT-Scans vergleichbar sind. Beispielsweise kann die Porengrößenverteilung mit PoroDict berechnet oder die Permeabilität mit FlowDict simuliert werden.

Was unsere digitalen Zwillinge auszeichnet, ist ihre außergewöhnliche Vielseitigkeit. Im Gegensatz zu einem einzelnen CT-Scan erweist sich ein digitaler Zwilling, der auf einem statistischen Modell basiert, als äußerst leistungsfähig. Er ist ein wertvolles Werkzeug für das digitale Materialdesign und ermöglicht die Erforschung verschiedener Materialstrukturen durch die Veränderung zugrunde liegender Parameter.

GeoDict ermöglicht einen reibungslosen Vergleich von neuen Designs mit bereits existierenden Produkten. Durch diese Vorgehensweise können vollkommen neue Materialdesigns entwickelt werden, wobei die berechneten Materialeigenschaften wertvolle Erkenntnisse liefern.

GrainGeo bietet mehrere Optionen zur Erstellung und Modifizierung eines granularen Mediums.

Die Funktion Create Grains platziert Körner einer bestimmten Form und Größenverteilung in einem 3D-Raum, bis ein bestimmter Feststoffvolumenprozentsatz erreicht ist (oder ein ähnliches Abbruchkriterium). Die Körner können mit Überlappung erstellt werden oder dicht gepackt ohne Überlappung sein. Verschiedene Kornformen und Materialphasen sind möglich. Körner können auch in eine bestehende 3D-Mikrostruktur eingefügt werden.

Die granularen Objekte können Kugeln, Ellipsoide, allgemeine Polyeder mit zufällig verteilten Parametern und sogar Fasern sein. Es ist auch möglich, Aggregate direkt zu modellieren, beispielsweise basierend auf Kohlepartikeln.

Pile Grains ermöglicht das Stapeln von Körnern einer bestimmten Form und Größenverteilung auf eine flache Oberfläche oder in eine vorhandene 3D-Mikrostruktur. Die Körner überlappen sich nicht untereinander oder mit der vorhandenen Geometrie. Es ist auch möglich, einen freien Raum zwischen den Körnern anzugeben.

Pack und Pile Analytic Spheres ermöglicht die Erstellung von Kugelpackungen mit komplexen Größenverteilungen und hohen Packungsdichten, die sehr nahe am theoretischen Limit liegen.

Stochastic Field Thresholding basiert auf 3D-stochastischen Feldern anstelle von Körnern und Kornformen. Hier kann eine Überlagerung mehrerer, z.B. gaußscher Zufallsfelder erstellt und schwellenwertgesteuert werden, um einen vorgegebenen Feststoffvolumenprozentsatz und eine Korrelationslänge zu erreichen.

Mit Add Binder ist es möglich, realistische Binderverteilungen zu einer bestehenden Mikrostruktur hinzuzufügen, die beispielsweise mit der Funktion Create Grains erstellt wurde. Die Binderverteilung kann anisotrop sein und einer Gradienten-Verteilung folgen.

Darüber hinaus stehen Optionen wie Grow Sediment, Sintern, Roughen Surface und Distribute zur Verfügung, um die Erstellung noch realistischerer Mikrostrukturen umzusetzen.