Berechnung Kostenfreie Software für Multiskalen-Probleme

Mit Finite-Elemente-Software kann man heute in der Industrie zahllose physikalische Aufgabenstellungen lösen. Die TU Wien stellt das Softwarepaket NG Solve gratis zur Verfügung und bietet Unternehmen Unterstützung, die NG-Solve-Methoden für komplizierte Anwendungen nutzen und mit ihren eigenen Tools kombinieren möchten.

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Egal ob Crashtests eines Autos simuliert oder das Strömungsverhalten von Gasen berechnet werden soll: für fast jedes produzierende Unternehmen sind effiziente Computersimulationen unverzichtbar. Gerne wird dabei die Finite-Elemente-Methode eingesetzt, ein mächtiges und vielseitiges Rechenverfahren. Doch komplizierte Aufgaben erfordern eine perfekt programmierte Software.

Algorithmen stets auf dem aktuellen Stand

An der TU Wien steht nun das Programmpaket „NG Solve“ zur Verfügung, das mit stets aktualisierten Algorithmen auf dem neuesten Stand der mathematischen Forschung ist, optimiert für Parallelisierbarkeit, und einsetzbar für die Lösung physikalisch komplizierter Multiskalen-Probleme. Oft greifen verschiedene physikalische Effekte ineinander – so können etwa elektromagnetische Effekte mit mechanischen Effekten gekoppelt sein, oder akustische Effekte mit Phänomenen der Strömungslehre. All das lässt sich mit NG Solve rasch und präzise berechnen.

NG Solve wird gratis zur Verfügung gestellt, das Team um Prof. Dr. Joachim Schöberl, am Institut für Analysis and Scientific Computing der TU Wien, bietet Unternehmen Unterstützung, die NG Solve-Methoden für komplizierte Anwendungen nutzen und mit ihren eigenen Tools kombinieren möchten.

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Finite Elemente auf dem neuesten Stand der Forschung

„Finite-Elemente-Software gibt es in vielen Variationen, aber kaum eine ist so flexibel und effizient wie unsere“, sagt Prof. Joachim Schöberl, der Leiter der Forschungsgruppe für Scientific Computing and Modelling an der TU Wien. „Im Bereich von Algorithmen wird viel geforscht, uns ist es wichtig, eine Software zur Verfügung zu stellen, die den allerneuesten Stand der Wissenschaft effizient für Anwender einsetzt.“ Dadurch werden die Ergebnisse immer genauer, und die Berechnungen werden deutlich schneller. Besonders für schwierige Simulationsaufgaben ist das von entscheidender Bedeutung, denn da ist der zeitliche Aufwand für die Berechnungen oft der limitierende Faktor.

Augenmerk auf Parallelisierbarkeit der Software

Besonderes Augenmerk wurde auch auf die Parallelisierbarkeit der Algorithmen gelegt: Jeder Standard-PC arbeitet heute mit mehreren Prozessoren gleichzeitig, bei wissenschaftlichen Großcomputern werden oft tausende Prozessorkerne genutzt. Das funktioniert aber nur dann gut, wenn die Software perfekt darauf ausgelegt ist, die Rechenaufgaben in Portionen zu zerlegen, die auf viele Prozessoren verteilt und dann gleichzeitig gelöst werden können.

Verschiedene Effekte auf unterschiedlichen Größenskalen

Eine besonders schwierige Aufgabe im Rahmen der Finite-Elemente-Methode ist die Lösung von sogenannten Multiskalenproblemen. „Stellen wir uns etwa vor, wir möchten ein Transformatorblech simulieren. Elektromagnetische Effekte, die etwa Wirbelströme verursachen, treten auf einer Skala im Millimeterbereich auf. Sie hängen aber mit mechanischen Vibrationen zusammen, die das ganze Objekt auf einer Skala von mehreren Metern betreffen“, erklärt Joachim Schöberl.

Einfach in Simulationspakete integrierbar

NG Solve läuft auf allen gängigen Plattformen (Windows, Mac OSX, Linux) und verfügt über eine grafische Benutzeroberfläche, die mit Hilfe der Scriptsprache Python sehr einfach in bestehende Simulationspakete integriert werden kann. Die Software steht gratis zum Download bereit.

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