Non-konvexe Partikel und parallelisierte Berechnung

Simulation einer Stahlkugel, die mit einer Mauer aus Ziegelsteinen kollidiert. Die Mauer besteht aus 72 Elementen, die aus Kugel-Cluster (zu je 162 Kugeln) aufgebaut sind.

Motivation

In der Natur und technischen Prozessen sind viele Materialien Granulate. Als Beispiele sind Sand und Erze, Früchte und Getreibe oder auch (trockene) pharmazeutische und chemische Produkte zu nennen. Im Vergleich zu anderen Materialien, wie Stückgut, sind Granulate kompliziert in der Handhabung: Je nach Form und Oberflächenbeschaffenheit ergibt sich ein komplett anderes Materialverhalten.

Nicht-konvexe Partikel

Das makroskopische Verhalten eines Schüttung von Partikeln wird durch das Verhalten jedes einzelnen Partikels bestimmt. Aufgrund der einfachen Geometrie und der damit verbundenen einfachen Berechenbarkeit basieren die meisten DEM-Simulationen auf rein konvexen Geometrien wie Kugeln oder Ellipsoiden. Ein Cluster von Kugeln zur Beschreibung komplexer Geomerien kombiniert den Vorteil der einfachen Berechenbarkeit (Rechenaufwand, Speicherbedarf) und die Anforderungen an die komplexe Geometrie.

Parallelisierungn

Ein realistischeres Partikelmodell benötigt mehr Rechenzeit und mehr Speicher als eine einfache Kugel. Wenn in der Simulation zusätzlich noch eine große Anzahl an komplexen Partikeln berechnet werden sollen, übersteigt dies die Leistungsfähigkeit eines einzelnen Computers (Arbeitsspeicher und Rechengeschwindigkeit). Parallelisierungstechniken wie MPI umgehen dieses Problem, da hierdurch die Last auf mehrere Computer verteilt werden kann.