Dytran

Explizite Dynamik & Fluid-Struktur-Kopplung
Wie verhalten sich Strukturen und Fluide im kurzzeitdynamischen Bereich?
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Dytran ist eine explizite Finite Elemente Analyse (FEA)-Lösung, die das Verhalten von Strukturen und Fluiden im kurzzeitdynamischen Bereich simuliert. Explizite Berechnungsverfahren kommen immer bei der Untersuchung von hochgradig dynamischen, nichtlinearen Vorgängen zum Einsatz. Dazu gehören zum Beispiel Falltests, Explosionen, Sprengungen und große Deformationen, ballistische Fragestellungen oder das Schwappen von Flüssigkeit in einem Behälter.

Mit Dytran untersucht und optimiert die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bauteilen und Strukturen unter dynamischen Belastungen. In der Automobilindustrie wird Dytran beispielsweise für die Berechnung der Entfaltung von Airbags, Aquaplaning oder Crash eingesetzt. Hierfür bietet Dytran integrierte Insassen Dummy Modelle an. Ziel dieser Analysen ist, Schäden und Überlebenswahrscheinlichkeit abzuschätzen, aktive und passive Fahrzeugsicherheit sowie Insassen- und Fußgängerschutz zu verbessern.

Zu den Stärken von Dytran zählt neben einem robusten 3-D Kontakt und der Struktur-Struktur Kopplung vor allem die Fluid-Struktur Kopplung (Fluid Structure Interaction - FSI). Dytran verwendet eine einzigartige Kopplungsfunktion, die eine integrierte Analyse von strukturellen Komponenten und Flüssigkeiten sowie stark deformierten Materialien in einer durchgängigen Simulation ermöglicht. FSI ist beispielsweise nötig, um Aquaplaning oder Tankschwappen realistisch zu simulieren.

Zu den Vorteilen von Dytran zählen:


Airbag deployment
 

Die Präzision von Dytran konnte in physischen Versuchen belegt werden. Dytran unterstützt Konstrukteure bei der Vorhersage der Art und Weise, wie sich ein Prototyp bei den verschiedensten realen Ereignissen verhält, aber auch bei der Ermittlung potenzieller Ursachen für den Ausfall von Produkten. Zu den Branchenanwendungen zählen:

  • Luft- und Raumfahrt: Notwasserung von Flugzeugen, Schwallverhalten von Treibstoff im Tank, Bersten von Treibstofftanks, Vogelschlagsimulation, Durchschlagschutz für Triebwerksschaufeln, Kollisionsverhalten von Flugzeugen, Konstruktion und Sicherheit von Sitzen, Verstärkung des Durchschlagschutzes für Flugzeuge und Frachtgut
  • Automobilindustrie: Airbag Konstruktion und Insassenschutz (Untersuchungen zur Fehlhaltung), Dummy-Modellierung und Sitzkonstruktion, Aufprall- und Kollisionstests bei Fahrzeugen, Aquaplaning, Schwallverhalten von Treibstoff im Tank, Bersten von Treibstofftanks
  • Militär und in der Rüstungsindustrie: Hohlladungssimulation und Waffenkonstruktion, Geschosseindringung und Durchschießen von Zielen, hydraulischer Rammbock (HRAM), Schiffskollisionen, Unterwasserexplosionen (UNDEX), Explosionswiderstand und Überlebensfähigkeit
  • Sonstige industrielle Anwendungen: Entwicklung von Flaschen und Behältern, Papierzufuhrmechanismen, Fallversuche, Aufprallanalyse für Sportgeräte, Entwicklung von Verpackungen
Hydroplaning


Mortar launch
 

Dytrans innovative Funktion zur Modellierung der Einwirkung mehrerer adaptiver Euler-Bereiche auf sich bewegende und verformende Kontaktflächen gibt Ihnen die Möglichkeit, komplexe FSI-Szenarien zu analysieren. Hierzu gehören:

  • Mehrere Objekte, die mehrschichtige Strukturen beeinflussen (z. B. Ermittlung der Auswirkungen mehrerer Vogelschlagereignisse auf Flugzeugstrukturen während des Flugs)
  • Schwerste Strukturausfälle mit ein- oder austretender Flüssigkeit (z. B. Untersuchung der Widerstandsfähigkeit eines Fahrzeugs bei einer Kollision, bei der der Treibstofftank gequetscht und Treibstoff austreten würde)
  • Befüllen mit Flüssigkeit sowie Schwallverhalten von Flüssigkeiten in einem geschlossenen Raum (z.B. Entwicklung von Schwallblechen zur Optimierung der NVH-Merkmale von Treibstofftanks)
Ramjet


Blast under vehicle
 

Durch kontinuierliche Verbesserungen ist es uns gelungen, mit jeder neuen Dytran-Version noch ausgefeiltere Funktionen einzuführen, die weitere Produktivitätssteigerungen ermöglichen. Zu den neuesten technologischen Weiterentwicklungen gehören:

  • DMP-Funktion des Euler-Solvers (Distributed Memory Parallel – Parallel-Solver mit verteiltem Speicher) sowie Kontaktflächenberechnung für bessere Leistungseigenschaften in FSI-Anwendungen
  • Zirkulationsbegrenzung zur Verringerung der Größe von Modellen bei Simulationen von Turbinen, Strömung zwischen rotierenden Strukturen und Strömungsprobleme in Rohren
  • Volumenkräfte, die auf verschiedene Werkstoffe in einem bestimmten Raum aufgebracht werden können; dieser Raum kann dabei durch einen Kasten, eine Kugel, einen Zylinder oder eine Fläche begrenzt sein
  • Abgestuftes Raster für Euler: Mit abgestuften Rastern kann sich eine Seite eines Euler-Elements an die Seiten mehrerer anderer Euler-Elemente koppeln; so kann sich ein feines Raster an ein gröberes Raster „anheften“, wodurch eine effektive Modellierflexibilität entsteht, insbesondere bei rein lokal inhomogenen Rastern. Diese Möglichkeit kommt insbesondere bedeutenden FSI-Anwendungen zugute, wie z. B. der Analyse von Airbags/Schwallverhalten und Detonationen
  • Inhomogenes Euler-Raster: Ermöglichung einer inhomogenen Euler-Rasterung durch Festlegung eines polarisierten Verhältnisses zwischen kleinen und großen Rastergrößen, wodurch die Modellierflexibilität in einer weiteren Art und Weise verbessert wird. Im Übrigen lassen sich beide Modelle – das abgestufte und das inhomogene Euler-Raster – in Kombination verwenden. Bei Unterwasserexplosion-Simulationen ist dies sehr nützlich
  • Verbesserung axialsymmetrischer Rastermodelle durch Zeitschrittbestimmung auf der Grundlage der axialen und radialen Richtung
  • In der Marineschifffahrt und in UNDEX-Anwendungen kann inzwischen eine spezielle, auf dem Profil des hydrostatischen Drucks basierende Randbehandlung eingesetzt werden
Fan blade out


Bottle manufacturing
 

Bei der Lösung transienter Dynamikprobleme setzt Dytran auf die Explizit-Technologie. Für die Modellierung von Strukturen können Festkörper-, Mantel-, Träger-, Membran-, Verbindungs- sowie Starrkörperelemente verwendet werden. Es steht eine Vielzahl von Werkstoffmodellen zur Verfügung, mit denen sich nichtlineares Verhalten und Ausfälle modellieren lassen. Dazu gehören unter anderem die lineare Elastizität, Fließbedingungen, Zustandsgleichungen, Ausfall- und Splittermodelle, Explosionsbrandmodelle und Verbundwerkstoffe. Mittels Kontaktflächen können Strukturkomponenten sich gegenseitig, aber auch starre geometrische Strukturen beeinflussen. Diese Beeinflussung zeigt sich beispielsweise als reibungsloser Kontakt, als Gleitereignis mit Reibwirkung oder auch als Abtrennung. Ein einseitiger Kontakt kann verwendet werden, um das Verbeulen von Strukturen zu modellieren, bei dem sich der Werkstoff unter Umständen übereinanderlegt.

Container drop testing


Sloshing
 

In der Regel werden Euler-Solver verwendet, um Fluidprobleme zu lösen, während Lagrange-Solver bei der Lösung von Strukturproblemen zum Einsatz kommen. Für die Praxis ist es jedoch wichtig zu untersuchen, wie sich Fluide und Feststoffe gegenseitig beeinflussen, d. h. wie sich die Verformung von Feststoffen auf die Fluidströmung auswirkt und wie die Fluidströmung eine Struktur verformt. Probleme wie das Schwappen von Flüssigkeit in einem Tank, das Entfalten eines Airbags oder das Aquaplaning können nur gelöst werden, wenn die Fluid-Struktur-Kopplung in die Berechnungen mit einbezogen wird.

In Dytran stehen sowohl der Lagrange- als auch der Euler-Solver zur Verfügung. So können Strukturen und Fluide in einem einzigen Modell untersucht und die Wechselwirkungen zwischen ihnen simuliert werden. Diese Wechselwirkungen zwischen Fluiden und Strukturen werden mit Hilfe einer Kontaktfläche erzielt, die auf Strukturen erzeugt wird (Lagrange-Bereich).

   

Bei Dytran kommen die aktuellsten numerischen Methoden und Hochleistungsrechner zum Einsatz. Damit sind wirtschaftliche Lösungen auf Rechnern der neuesten Generation möglich – ob es sich nun um kleine Desktop-Computer oder um Hochleistungsrechner handelt. Einige Anwendungen können zudem die Infrastruktur für die parallele Verarbeitung für verteilte Speichersysteme nutzen.


Allgemeine und produktspezifische Informationen über unterstützte Hardware finden Sie auf unserer Webseite Platform Support.