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Projekt
Direkte Numerische Simulationen dynamischer Aggregatbewegungen in Frischbeton basierend auf mehrskaligen Smoothed Particle Hydrodynamics Methoden
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Holger Steeb
Fachliche Zuordnung
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Förderung
Förderung seit 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387152355
Im Rahmen des SPP 2005 soll mit hochauflösenden SPH Simulationen das Fliessverhalten von Frischbeton untersucht werden. Konkret werden in dem vorgeschlagenen Projekt technologisch relevante Fragestellungen wie scherinduzierte Partikelbewegungen und die Ausbildung von Schmierschichten an Wänden analysiert. Da diese Prozesse auf Längenskalen stattfinden die bedeutend kleiner als die charakteristischen Längenskalen der technischen Anwendungen sind, sollen Ansätze, die auf oberflächengekoppelten Direkten Numerischen Simulationen (DNS) basieren, verwendet werden. In Bezug auf die hohen Rechnerleistungsanforderungen dieser DNS Verfahren werden Methoden des Hochleistungsrechnens angewendet (Rechnen auf massiv parallelen Systemen). Der Simulationsansatz trägt explizit der effektiven Rheologie von Frischbeton Rechnung und lässt eine effiziente, adaptive Aggregatsauflösung zu. Dadurch können auf unterschiedlichen Raum- und Zeitskalen physikalisch relevante Prozesse numerisch erfasst werden. Das Interesse an Partikelmigrationsprozessen bedingt, dass die charakteristischen Zeitskalen, die in den Simulationen aufgelöst werden sollen, in der Größenordnung von Partikeldiffusionszeiten liegen. In anderen Worten bedeutet dies, dass die Simulationszeiten hinreichend groß sein müssen um scherinduzierte Partikelsegregation in Frischbetonsuspensionen abbilden zu können. Das bedeutet aber auch, dass die zu untersuchenden Zeitskalen wesentlich kleiner sind als die Zeitskala der Hydratationsprozesse. Dadurch konzentriert sich das Projekt auf hydrodynamische und tribologische Effekte wie Segregation von Zuschlagstoffen und Entmischungsvorgänge. Das vorgeschlagene wissenschaftliche Arbeitsprogramm wurde so formuliert, dass die Ergebnisse der Simulationen eine zuverlässige Datenbasis für großskalige Modelle, z.B. für die Simulation des Frischbetonpumpvorgangs, liefern können. Die Datenbasis umfasst verschiedene zu untersuchende Merkmale, wie die Zusammensetzung der Suspension und die Strömungsrandbedingungen. Daher können die zu erwartenden Resultate des Projekts einen wichtigen Beitrag für das Modul 3 des SPP 2005 leisten. Ein numerisch optimiertes Simulationswerkzeug für SPH Simulationen steht für die Untersuchungen vorab schon zur Verfügung. Der Rechencode basiert auf der Numerikbibliothek HOOMD-blue (Highly Optimized Object-oriented Many-particle Dynamics). Es wurde bereits gezeigt, dass der Rechencode eine hohe Performance auf den uns zur Verfügung stehenden Rechnerplattformen hat. Die wichtigsten Algorithmen, die zur Simulation von beliebig geformten dispergierten Partikeln in einem Trägerflieder notwendig sind, wurden implementiert. Während der Projektlaufzeit muss daher relativ wenig Arbeitszeit für die weitere Softwareimplementierung aufgewendet werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
