Detailseite
Projekt
Stochastische Raum-Zeit-Analyse von 3D-Partikelstrukturen bei Scherung und statistische Validierung numerischer DEM-Simulationen
Antragsteller
Professor Dr. Volker Schmidt
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2014 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258662145
Die zentrale Aufgabe des SPP 1486 ist es, die physikalisch-chemischen Grundvorgänge und Mikroprozesse bei Annäherung, im Kontakt und bei Ablösung haftender Partikel zu verstehen und dieses Wissen für die Produktentwicklung in der Feststoffverfahrenstechnik nutzbringend anzuwenden. Durch die Kenntnis der Kontaktmechanik können die räumlichen Positionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen aller Partikel im System numerisch berechnet werden. In der dritten und letzten Förderperiode des SPP 1486 ist ein wichtiger Schritt demnach die Auswertung experimenteller Daten und die Identifikation mikroskopischer und makroskopischer Zusammenhänge. Durch den Vergleich von Ergebnissen aus realen und simulierten Experimenten sollen numerische DEM-Simulationen und damit die verwendeten Kontaktmodelle validiert werden. Dies erlaubt dann die gezielte Variation einzelner Partikeleigenschaften, um Zusammenhänge beim Übergang vom Mikro- zum Makroverhalten festzustellen. In dem Forschungsvorhaben der Arbeitsgruppe Schmidt wird diese Validierungsaufgabe mit Hilfe statistischer Verfahren untersucht, die auf stochastischen Raum-Zeit-Modellen basieren. Dabei wird durch die Verwendung stochastischer Analyse- und Modellierungsansätze für die Bilddaten eine wesentliche Komplexitätsreduktion erreicht, die eine effiziente quantitative Beschreibung und Auswertung von experimentell gewonnenen 3D-Bilddaten aus Scherversuchen sowie den statistischen Vergleich mit numerischen Ergebnissen ermöglicht. Die Experimente und numerischen Simulationen werden von Partnergruppen innerhalb des SPP 1486 durchgeführt, insbesondere von den Arbeitsgruppen von Prof. Kwade, Prof. Wolf und Dr. Auernhammer. Die auszuwertenden 3D-Bilddaten liegen zu verschiedenen Zeitpunkten bzw. Winkelschritten der Scherung vor. Aus diesen Daten werden Partikel, Partikel-Tracks und Partikel-Kontakte extrahiert, auch für Partikel mit komplexer (nichtsphärischer) Geometrie. Innerhalb der inhomogenen und anisotropen Struktur dieses dynamischen Kontaktnetzwerks werden (automatisch) Zonen identifiziert, in denen sich die Partikel ähnlich verhalten. Für jede dieser Zonen werden dann die experimentellen (dynamischen) Kontaktnetzwerke mit stochastischen Ansätzen quantitativ beschrieben und die entsprechenden, numerisch gewonnenen Kontaktnetzwerke auf statistische Gleichheit getestet. Hierbei wird zum einen die "typische" Raum-Zeit-Entwicklung der einzelnen Partikel untersucht, und zwar in Abhängigkeit von der jeweils betrachteten Zone bzw. von der Partikelgröße, der Partikelform und der Adhäsion. Außerdem werden die Kontaktnetzwerke in den Zonen als zufällige Graphen modelliert, was statistische Tests auf der Ebene der Partikelsysteme ermöglicht.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
