DIFF-CRASH

Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI

Stabilitätsanalyse für Simulationsergebnisse

DIFF-CRASH ist ein Softwarepaket zur Stabilitätsanalyse von Crashsimulationen. Physikalische Verzweigungen im Modell und numerische Instabilitäten im eingesetzten Simulationspaket führen in der Crash-Simulation oft zu einer sehr empfindlichen Abhängigkeit der Ergebnisse von selbst kleinsten Modell­änderungen. Werkzeuge wie die SCAI-Software DIFF-Crash erlauben es, kritische Instabilitäten aufzudecken, sie zu interpretieren und mit Hilfe spezieller Methoden gezielt die Ursachen in einem Modellentwurf zu finden.

    Stabilitätsanalyse für Simulationsergebnisse

Hintergrund

Bild 1: Vergleich der Knotenpositionen paralleler Simulationsläufe auf 32 SP-2 Knoten (jede Kurve vergleicht zwei Simulationsergebnisse miteinander)

Hintergrund der Entwicklung

Bei Aufprall-Simulationen treten in vielen Fällen starke Abweichungen von den errechneten Ergebnissen auf. Ursache für diese Abweichungen sind Rundungsfehler, die systematisch in die Eingabedaten gelangen oder zufällig durch paralleles Rechnen entstehen. Die Ausbreitung dieser Fehler ist eine Folge der Modelleigenschaften oder der in dem Simulationscode verwendeten numerischen Algorithmen.

Bild 1 zeigt den Vergleich von Simulationsergebnissen, erzielt mit PAM-CRASH. Dabei wurde ein BMW-Modell mit 60.000 Elementen auf einem Parallelrechner mit verteiltem Speicher berechnet. Abweichungen, ähnlich den dargestellten, wurden auch bei SMP-Architekturen beobachtet.

Um diese Effekte zu erforschen, hat SCAI mit ESI Deutschland und der BMW-Gruppe DIFF-CRASH entwickelt.

Funktion

Arbeitsweise von DIFF-CRASH

DIFF-CRASH

  • verarbeitet die Ergebnisse mehrerer Simulationsläufe,
  • bietet eine statistische Analyse des Gesamtmodells und einzelner Knoten,
  • erzeugt Datenformate, die von VR-Visualisierungssystemen, entwickelt vom FhI-IMK, genutzt werden können und
  • fügt Daten zu den Simulationsergebnissen von PAM-CRASH hinzu, die sich mit PAM-VIEW analysieren lassen.

Beispiele

Beispiele aus der Praxis

DIFF-CRASH

Bild 1 und Bild 2 zeigt typische Ergebnisse von DIFF-CRASH Simulationen, dargestellt auf der Responsive Workbench des Instituts. Die Farben zeigen verschiedene Variationen in den Simulationsergebnissen.

CONTACT 46

An einem originalen Testmodell von BMW hat SCAI die starken Variationen in den Simulationsergebnissen genauer analysiert. In mehreren Fällen stellte sich heraus, dass eine Kante zu Kante-Detektion zu einem korrekten Simulationsergebnis geführt hätte. An einem überarbeiteten Modell mit CONTACT 46 konnten wir eine substanzielle Reduzierung der Variationen zeigen. Der Einsatz des richtigen Kontaktmodells beeinflußt die Simulationsergebnisse.

Motorträger

Bild 6 zeigt Variationen der Ergebnisse im Fußraum des Fahrers für das überarbeitete Modell. Grund dafür könnte die Instabilität einer bestimmten Stelle des Motorträgers sein. Eine genauere Analyse dieser Stelle zeigt Bild 4. Auffällig sind die vielfältigen Variationen nach einem Simulationslauf mit DIFF-CRASH nach 35 Millisekunden.

Bild 1+2: Verschiedene Simulationsergebnisse farblich dargestellt.

Bild 3+4: Verschiedene Simulationsergebnisse nach 20 Millisekunden. Ergebnisse für eine Modell mit und ohne Einsatz von CONTACT 46.

Bild 5: Ein Blick vom hinteren Teil des PKW in den Fußraum des Fahrers zeigt verschiedene Simulationsergebnisse. Bild 6: Verschiedene Simulationsergebnisse des linken Motorträges 35 Millisekunden nach dem Aufprall.

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