Berechnen von Mechanik & Deformation

ElastoDict

ElastoDict ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das es ermöglicht, die mechanischen Eigenschaften komplexer Materialien zu bestimmen. Präzise 3D-Simulationen auf der Mikrostrukturebene helfen Ihnen, das Materialverhalten besser zu verstehen und das Material mithilfe dieser Erkenntnisse gezielt weiterzuentwickeln. So ist es beispielsweise möglich, Simulationen der anisotropen Steifigkeit, der Schädigung und des Materialversagens durchzuführen. Wie in GeoDict gewohnt, können Sie mit ElastoDict direkt auf den 3D-Bilddaten von µCT-Scans oder FIB-REM-Messungen die Berechnungen durchführen. Eine aufwändige Vernetzung der Daten ist nicht erforderlich. ElastoDict rechnet direkt auf den segmentierten Bilddaten, was den Prozess erheblich vereinfacht.

Darüber hinaus können Sie die Eigenschaften neuer Materialdesigns auf 3D-Strukturmodellen berechnen. Diese Modelle werden mithilfe der GeoDict Strukturgeneratoren z.B. in FiberGeo, PaperGeo oder GrainGeo erstellt. Die detaillierten Ergebnisse auf der Mikrostrukturskala können dann zur Verbesserung von Komponentensimulationen verwendet werden. Wie alle anderen GeoDict-Module läuft auch ElastoDict direkt auf der Voxel-Geometrie. Im Vergleich zu traditionellen Finite-Elemente-Simulationen entfällt somit ein komplexer Vorbereitungsschritt und der Einstieg in die Simulationen wird Ihnen erheblich erleichtert.

Der Einsatz von Simulationen ist für die Lösung von Fragen zu mechanischen Eigenschaften und Verformungen vieler Materialien von großer Bedeutung. Mit ElastoDict kann beispielsweise berechnet werden, wie der Spanndruck die Struktur einer Gasdiffusionsschicht (GDL) in einer PEM-Brennstoffzelle verändert oder wie die Eigenschaften von Gesteinsproben unter in-situ-Bedingungen sind.

Alle diese ElastoDict-Simulationen laufen mit dem in ElastoDict integrierten und am Fraunhofer ITWM entwickelten FeelMath-Solver äußerst speichereffizient und mit hoher Geschwindigkeit ab.

Seit GeoDict 2023 steht Ihnen außerdem der LIR-Solver für effektive Steifigkeitsberechnungen zur Verfügung. Dieser Solver ist eine Eigenentwicklung von Math2Market und wurde bereits für Strömungssimulationen (FlowDict), Leitfähigkeitssimulationen (ConductoDict) und Batteriesimulationen (BatteryDict) weiterentwickelt und eingesetzt.

ElastoDict Features

In ElastoDict stehen drei Optionen zur Auswahl:

Effektive Steifigkeit

Die Option Effective Stiffness berechnet die linear-elastischen Eigenschaften komplexer Mikrostrukturen durch Lösen der entsprechenden partiellen Differentialgleichung direkt auf dem 3D-Voxelbild. Die Ergebnisse umfassen die lokalen Dehnungs-, Spannungs- und Verschiebungsfelder, den vollständigen Steifigkeitstensor und die Information über den orthotropen, transversal isotropen oder isotropen Charakter des Materials.

Zusätzlich bietet der GeoDict Result Viewer viele Werkzeuge zur weiteren Analyse der Ergebnisse. Dank dieser Funktionen können Sie das Materialverhalten eingehend analysieren und die mechanische Reaktion des Materials besser verstehen. Diese wertvollen Erkenntnisse helfen Ihnen bei der Optimierung Ihres Materials.

Darüber hinaus ermöglicht Ihnen die Option Effective Stiffness-AF eine schnelle Approximation des kompletten Steifigkeitstensors der Mikrostruktur auf der Grundlage analytischer Näherungsverfahren.

Deformationen

Mit der Option Deformations können Sie komplexe Verformungssimulationen durchführen, die nichtlineare Effekte berücksichtigen. Zum Beispiel kann ein Standard-Zugversuch in einer beliebigen Richtung der 3D-Mikrostruktur durchgeführt werden. Die Modelle der konstituierenden Materialien können Schädigung, Versagen, plastische Verformung, viskose Effekte und vieles mehr enthalten. Zusätzlich ist es möglich, über die UMAT-Schnittstelle (kompatibel mit Abaqus) benutzerdefinierte Material-Subroutinen zu erstellen.

Ergebnisse der Simulation sind unter anderem eine Spannungs-Dehnungs-Kurve und lokale Informationen über die Bereiche, in denen die Schädigung einsetzt und das Material schließlich versagt. Auch zyklische Belastungsversuche oder Scherversuche sind möglich. ElastoDict-Deformations liefert Ihnen auch verformte 3D-Strukturen aus jedem berechneten Verformungsschritt zur Visualisierung und weiteren Analyse.

Biegeversuch

Mit der Option Flexural Test kann die Reaktion eines Materials auf Biegebelastungen analysiert werden. Es können 3-Punkt-Biegerversuche simuliert und direkt mit Laborergebnissen verglichen werden. Wie bei den meisten Anwendungen in GeoDict wird für die Simulation nur ein kleiner repräsentativer Ausschnitt der Struktur benötigt. Allerdings ist es notwendig, dass die Geometrie in GeoDict die gesamte Höhe realen Struktur enthält.

Flexural Test baut auf der Option Deformations auf und unterstützt alle Arten von Materialgesetzen, die dort unterstützt werden, insbesondere Plastizität, Schädigung und Versagen.

GeoApps

FiberMath

GeoDict Anwendungen

Diese Module werden oft mit ElastoDict kombiniert:

Bildverarbeitung & Bildanalyse ImportGeo-Vol          
Charakterisierung & Analyse GrainFind FiberFind PoroDict + MatDict      
Modellierung & Design GrainGeo FiberGeo FoamGeo PleatGeo WeaveGeo PaperGeo
Simulation & Vorhersage            

Welche Module für Sie am besten passen, ist abhängig von der Art Ihrer Anwendung.