MoveGrid: Software zur Netzbewegung und Deformation

MoveGrid logo Dieses Programm ermöglicht Ihnen dreidimensionale, unstrukturierte Netze zu bewegen bzw. zu deformieren, die aus unterschiedlichen Elementtypen bestehen dürfen. Es ist gedacht für Strömungssimulationen mit dynamisch bewegten Rändern (wie bewegte Klappen und Ruder, Flattern, usw.), oder für Fälle, in welchen die Netzränder von einem Optimierungsalgorithmus verändert werden.

Hauptmerkmale:

Der Algorithmus basiert auf linearen Elastizitätsgleichungen der Festkörpermechanik. Dies gilt als die beste Methode um Netzelemente zu bewegen bzw. zu deformieren.
Ein neuartiges Diskretisierungsverfahren erlaubt es direkt und effizient Netze zu behandeln, die aus einem beliebigen Mix von Tetraedern, Prismen, Pyramiden und Quadern bestehen.
Bestens geeignet für Fälle mit starker Deformation und Scherung der Elemente, bei denen die üblichen Verfahren (wie beispielsweise Federanalogie) versagen.
Das Programm bietet einen sehr schnellen Modus für Fälle mit nur moderater Randbewegung (es werden dann nur Sekunden gebraucht um mehrere Millionen Netzpunkte zu verschieben).
Die ursprüngliche Netzqualität, speziell von lang gestreckten Elementen zur Auflösung der Grenzschicht, wird soweit wie möglich erhalten.
Periodische Randbedingungen (rotatorisch oder translatorisch) werden korrekt behandelt.
Randflächen können entweder als bewegt (mit gegebenen Verschiebungen), als fest, periodisch, oder als frei beweglich definiert werden.
Die diskreten Gleichungen werden mit Hilfe einer optimierten Gradientenmethode gelöst, die sehr stabil und schnell ist (die Leistungsfähigkeit können Sie dieser Tabelle entnehmen).

Das Programmpaket besteht als erstes aus einem selbständigen Programm. Um ein gegebenes Netz zu bewegen, liest das Programm eine Datei mit Randbedingungen und Verschiebungen der bewegten Ränder ein, sowie eine weitere Datei mit wenigen Einstellparametern. Nachdem das Programm gelaufen ist, schreibt es das bewegte Netz in eine Datei und liefert Informationen über die Änderungen der Elemente. Außerdem wird der Benutzer gewarnt, falls das Netz inkorrekt war oder geworden ist. Netzdateien für MoveGrid verwenden ein einfaches binäres Format, benutzerspezifische Formate könnten auf Wunsch implementiert werden.

Das Programmpaket enthält ferner eine Programmbibliothek mit der selben Funktionalität wie das selbständige Programm. Dadurch haben Sie die Möglichkeit Netze aus Ihrer eigenen Software heraus zu bewegen bzw. zu deformieren. Die Benutzerschnittstelle zur Programmbibliothek besteht aus einem einzelnen Funktionsaufruf. Die Programmbibliothek ist in ANSI C geschrieben. Sie kann deswegen auch von einem Fortranprogramm aus aufgerufen werden. Die Programmbibliothek ist von keiner weiteren Software abhängig.

Schließlich beinhaltet das Programmpaket auch einen Post-Prozessor, der das ursprüngliche und das deformierte Netz miteinander vergleicht. Für jeden Netzpunkt werden die Verschiebungen, das kleinste Elementvolumen, sowie die maximale Volumenänderung in eine Plotdatei ausgeschrieben. Das Programmpaket wird durch ein Testbeispiel und ein Benutzerhandbuch vervollständigt.

Lizenzierung:

Wir bieten Programmpakete für die folgenden Plattformen an: Linux (64-bit) und Windows® (64-bit, 10 und höher). MoveGrid kann in der Form einer Lizenz erworben werden. Es sind entweder zeitlich begrenzte oder Dauerlizenzen verfügbar. Falls erwünscht, können die Lizenzen auch eine Unterstützung über E-Mail sowie Updates beinhalten. Bitte, kontaktieren Sie uns für ein individuelles Angebot das Ihrem Bedarf gerecht wird - gleich ob Sie ein Kleinunternehmer sind, eine Lehr- oder Forschungsanstalt, oder eine große Firma repräsentieren. Wenn Sie möchten, können Sie die Software gerne einen Monat lang testen, völlig kostenlos und ohne jegliche Verpflichtung.

Beispiel 1: Turbinenschaufel

Die nachfolgenden Bilder zeigen die Anwendung von MoveGrid bei einer sich deformierenden Turbinenleitschaufel. Das Netz um die Schaufel besteht aus einer Mischung von Prismen (in der wandnahen Region) und Tetraedern. Das Netz ist periodisch in der Umfangsrichtung. Wir möchten an dieser Stelle erwähnen, dass diese Konfiguration nur zum Testen des Programms dient und folglich kein reales technisches Problem darstellt.

Dieses Bild (zum Vergrößern bitte anklicken) zeigt das Oberflächennetz vor (grau transparent) und nach der Deformation. Die maximale Verschiebung liegt auf mittlerer Höhe der Schaufel. Die periodischen Ränder (jeweils zur rechten und linken Seite der Schaufel - hier nicht gezeigt) konnten sich frei bewegen. Alle anderen Ränder wie Nabe, Außengehäuse, Ein- und Austrittsebene wurden fixiert.

Ein horizontaler Schnitt durch das Netz auf mittlerer Schaufelhöhe demonstriert die Fähigkeit von MoveGrid die Struktur und die Höhen der wandnahen Netzschichten (Prismenelemente) zu erhalten, trotz der sehr starken Deformation der Wand (unterer Bildteil). Das Programm kann zudem erfolgreich ein Scheren der prismatischen Elemente verhindern, insbesondere um die Vorderkante der Schaufel herum.

Ein vertikaler Schnitt durch das Netz bestätigt die Fähigkeit von MoveGrid gültige Netze selbst in einem derart anspruchsvollen Fall zu liefern (unterer Bildteil). Beachten Sie bitte die Bewegung der periodischen Ränder, wie sie selbsttätig vom Programm berechnet wird. Obwohl es wegen der grafischen Darstellung der Netzelemente nicht unmittelbar ersichtlich ist, wird die Bedingung der Rotationssymmetrie der Ränder genau eingehalten.

Das letzte Bild zeigt einen Ausschnitt der Saugseite der Leitschaufel sowie der Nabe. Die Netzelemente bleiben gültig, trotz dass sie durch die Neigung der Wand zusammengedrückt werden (unterer Bildteil). Die prismatischen Netzschichten bleiben alle intakt, die Dicken der Elemente sowie die Orthogonalität bleiben gut erhalten. Dies ist natürlich besonders wichtig bei der Simulation reibungsbehafteter Strömung um die Turbinenschaufel.

Beispiel 2: Stark schwingende Flugzeugflügel

Das folgende Video demonstriert die Anwendung von MoveGrid bei sehr stark schwingenden Flugzeugflügeln. Das Netz besteht ausschließlich aus Tetraedern. Bitte beachten Sie auch in diesem Fall, dass die Art und die Stärke der Ausschläge lediglich dem Testen des Tools bei sehr großer Netzdeformation dienen.