Multiphysics

Das Geschäftsfeld Multiphysics des Fraunhofer SCAI bietet MpCCI-Software und Dienstleistungen für verschiedene CAE-Disziplinen und Anwendungsbereiche an. Das zentrale Ziel bei allen Angeboten ist eine tiefergehende Integration von virtuellen Engineering-Prozessen und realen Daten in digitalen Zwillingen:   

• Das MpCCI CouplingEnvironment ermöglicht die Kopplung von (kommerziellen) CAE-Werkzeugen, um z.B. Fluid-Struktur-Wechselwirkungen, thermische und Strahlungskopplung, thermisches Management von Elektromotoren oder elektrische Lichtbögen zu modellieren.
  
  
• Die MpCCI Mapping tools erlauben einen nahtlosen Datentransfer innerhalb integrierter CAE-Workflows - einschließlich Dateiformatkonvertierung, Vergleich von Quell-und Zieldiskretisiereung, Interpolation der Simulationsergebnisse zwischen inkompatiblen Diskretisierungen und Validierungsfunktionen.
  
  
• Die MpCCI Twin Toolbox bietet Konzepte und Softwaremodule, die die Integration von Daten aus der realen Welt in virtuelle Engineering-Prozesse zu ermöglichen und um darauf angepasste KI-basierte Such- und Analysemethoden anzuwenden. Typische Beispiele sind die Validierung und Anpassung von virtuellen Crash-Modellen durch die Einbeziehung von Daten aus physikalischen Crash-Experimenten oder die direkte Unterstützung von CAE-Standards wie VMAP.
  
  
• Computer Aided Biomedical Engineering – In mehreren Gemeinschaftsprojekten wurden numerische Simulations- und Optimierungsmethoden angewandt, um physikalische Effekte in Geräten für die Biowissenschaften zu untersuchen.

Der Geschäftsbereich Multiphysics beteiligt sich an von der Industrie und öffentlichen Geldgebern finanzierten F&E-Projekte, bei denen jeweils konkrete Anforderungen von Kunden und Industriekonsortien das Abwendungsziel vorgeben. Im Rahmen dieser Projekte werden bestehende MpCCI-Lösungen auf anspruchsvolle technische Anwendungen angewendet, neue Methoden und Werkzeuge entwickelt und Standardisierungsaktivitäten unterstützt:

DigitalTwin-4-Multiphysik-Labor
Das gemeinsame Labor DigitalTwin-4-Multiphysics-Lab (Fraunhofer SCAI, Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Dr. Reinold Hagen Stiftung) zielt darauf ab, neue Konzepte und Lösungen für digitale Zwillinge bei KMUs zu entwickeln.
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ITEA VMAP analytics
Die Vision des ITEA-Projekts VMAP analytics ist es, die Realisierung intelligenter Digitaler Zwillinge für Entwurfsaufgaben im Bereich Material- und Fertigungs zu ermöglichen.
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Fraunhofer HABICHT
Das Fraunhofer-Projekt HABICHT hat als Ziel die Entwicklung eines hocheffizienten Elektromotors für Verdichter in Wasserstoff-Brennstoffzellen.
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BMWi BonoKeram
Das vom BMWi geförderte Projekt BonoKeram beschäftigt sich mit der Erhöhung der Flexibilität, Effizienz und Wirtschaftlichkeit von kleinen Gasturbinen durch die Bereitstellung von Komponenten aus monolithischer Hochleistungskeramik.
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BMBF NanoINHAL
Ziel des vom BMBF geförderten Projektes NanoINHAL ist die Entwicklung eines innovativen Testsystems zur Untersuchung der toxischen Wirkung von Nanomaterialien in der Luft.
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Fraunhofer DigitalTPC
Das Fraunhofer-Projekt DigitalTPC zielt auf die ganzheitliche Betrachtung der verteilten Teilprozessschritte von thermoplastischen Bauteilen - vom Halbzeug bis zur Bauteilfertigung.
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UmLac
Das von der AiF geförderte Projekt UmLac beschäftigt sich mit Materialmodellen und Kennwertermittlung für die industrielle Anwendung der Umform- und Crashsimulation.
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ITEA VMAP
Ziel des ITEA-Projekts VMAP war es, den ersten offenen, herstellerneutralen Standard für die Speicherung von Daten in integrierten virtuellen Prozessketten zu schaffen und damit die Interoperabilität von Softwarewerkzeugen zu verbessern sowie Kosten und Aufwand für Unternehmen zu reduzieren.
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Strategische F&E-Themen werden in internen Vorlaufprojekten aufbereitet, um dann gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie im Rahmen von Förderprojekten oder direkten Auftragsprojekten weiter ausgearbeitet und realisiert zu werden.

• Smart Coupling – Ziel ist die Realisierung von domänenspezifischen und KI-gestützten Lösungen zur Bewertung von multiphysikalischen Simulationsmodellen.
  
  
• Smart Digital Twins – Ziel ist die Schaffung eines offenen Systems von Ontologie-Systemen und entsprechender KI-Methoden für Entwurfsaufgaben in der Fertigung und Produktdesign.
  
  
• Interoperabilität und Standards – Die Notwendigkeit der weiteren Integration und Zusammenarbeit von Disziplinen und Industriebereichen  erzeugt einen wachsenden Bedarf an offenen Definitionssystemen und weltweit akzeptierten Standards für Daten und Modellen.
  
  
• Hybride Surrogatmodellierung – Kombinationen von klassischen (regelbasierten) Simulationsmethoden mit datenbasierten Verfahren bieten mehr Flexibilität und eröffnen neuen Anwendungsbereiche für virtuelle Entwurfsaufgaben.

NAFEMS Multiphysics and Multibody Dynamics Conference 2023
2023, November – Fraunhofer SCAI will showcase the latest developments in our MpCCI tools. The MpCCI suite offers a large spectrum of softwares to support simulation runs and post-processing of results. VMAP, the vendor-neutral industrial standard for the seamless transfer of CAE data among softwares, will also be presented at the conference along with its current associated projects.
Multiphysics Conference
Multibody Dynamics Conference

LS-Dyna-Konferenz
Oktober, 2023 – Auf der diesjährigen LS-Dyna-Konferenz (18./19. Oktober 2023, Baden-Baden) wird unser Distributionspartner scapos AG die aktuellen CAE-Entwicklungen von Fraunhofer SCAI präsentieren. Die MpCCI-Suite bietet jetzt Co-Simulation zur Unterstützung von LS-Dyna und Datenmapping für komplexe CAE-Workflows.
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Multiphysiklösungen für die Automobilindustrie
September, 2023 – Die Publikation "Multiphysics solutions for the automotive industry" bietet konkrete Informationen zum Einsatz der MpCCI-Softwareprodukte für Simulationsingenieure in der Automobil- und Zulieferindustrie. Anhand verschiedener technischer Anwendungsfälle, um komplette Fahrzeuge oder einzelne Baugruppen bestimmter Komponenten zu modellieren, werden die Einsatzmöglichkeiten von MpCCI vorgestellt und die Umsetzung in virtuelle Designprozesse und digitale Zwillinge beschrieben.
e-Paper (Englisch) 

Der VMAP Standard für herstellerneutrale CAE Datenspeicherung
Workshop zu technischen Erweiterungen und Interoperabilität
Veranstalter: VMAP Standards Community
Mai, 2023 – NAFEMS Weltkongress
Fehlende Softwarestandards in virtuellen Engineering-Workflows und inkompatible Schnittstellen für den Transfer von Simulationsdaten verursachen nicht nur zusätzliche Kosten und aufwändige manuelle Anpassungen, sondern führen auch zu unflexiblen IT-Lösungen, Informationsverlusten und erheblichen Verzögerungen im gesamten Entwicklungsprozess. Die Standardisierung von Datenschnittstellen im CAE ist daher für alle Industriezweige, in denen Simulationsprozesse für die Produkt- und Prozessauslegung von zentraler Bedeutung sind, unerlässlich. Der CAE-Datenstandard VMAP wurde ursprünglich von einem Konsortium aus 29 Partnern aus Industrie, Softwarebranche und Wissenschaft entwickelt, um die Speicherung von Simulationsergebnissen in einem offenen und herstellerneutralen Format zu ermöglichen.
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Simulationswerkzeuge im virtuellen Fertigungsprozess
Februar, 2023 – Die virtuelle Produkt- und Prozessentwicklung kommt in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz: Fahrzeugsicherheit, Vibration, Fahrwerksauslegung, aber auch in den verschiedensten Fertigungsverfahren. Dabei müssen die Simulationsmodelle immer wieder mit verfügbaren Daten aus realen Messungen und Versuchen abgeglichen werden. Nur durch eine sorgfältige Abstimmung zwischen virtueller Auslegung und realen Versuchen sowie durch die Berücksichtigung der Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Auslegungsdisziplinen lässt sich eine stetige Verbesserung in der Aussagekraft von Simulationsaussagen erreichen.
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VMAP, Digitale Zwillinge und multiphysikalische Lösungen
Der VMAP Standard für herstellerneutrale CAE Datenspeicherung, Workshop zu technischen Erweiterungen und industriellen Anwenderfällen (Fraunhofer SCAI)
Oktober, 2022 – NAFEMS DACH Konferenz
Vortrag: Datenraum-basierter semantischer Digitaler Zwilling: Demonstration der Interoperabilität von Simulation, Messungen und Analytik für Produktionsprozesse (M. Meyer, A. Delforouzi, P. Gulati, K. Wolf (Fraunhofer SCAI)
Vortrag: Magnetohydrodynamics Modeling of Submerged Arc Furnace (P. Bayrasy (Fraunhofer SCAI); Y. Tesfahunegn, G. Saevarsdottir (Univ. Reykjavik); T. Magnusson (Stakksberg ehf); M. Tangstad (Univ. Trondheim)
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Medizintechnik gegen Nanopartikel – Multiorgan-Chip detektiert gefährliche Nanoteilchen
Oktober, 2022 – Was geschieht, wenn wir Nanoteilchen einatmen, die zum Beispiel ein Laserdrucker ausstößt? Können diese die Atemwege oder vielleicht sogar andere Organe schädigen? Um solche Fragen zu beantworten, entwickeln Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher das Expositionsgerät »NanoCube«. Dessen integrierter Multiorgan-Chip aus dem Labor der TU Berlin und ihrer Ausgründung TissUse detektiert die Interaktion der Nanopartikel mit Lungenzellen, sowie die Aufnahme in den Blutkreislauf und mögliche Effekte auf die Leber. 
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Verbesserte Umsetzung der Veränderung des Werkstoffverhaltens durch Bake Hardening in der Prozesskettensimulation
Juni, 2022 – Stetig steigende Anforderungen an die Crashsicherheit von Automobilen bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion bedeuten auch höhere Anforderungen an die Crashsimulation. Bei der Bauteilauslegung rücken neben der Herstellbarkeit zunehmend die Crasheigenschaften in den Vordergrund. Um die Vorhersagegenauigkeit der Crashsimulation zu verbessern, müssen die einzelnen Prozessschritte in der Simulation gekoppelt werden. Um die Vorhersagequalität zu erhöhen, sollten auch thermische Behandlungen wie die Lackhärtung, die üblicherweise bei 170 °C für ca. 20 Minuten erfolgt, berücksichtigt werden. Bei vielen Stählen tritt der sogenannte Bake-Hardening-Effekt auf. Dieser führt zu einer Erhöhung der Dehngrenze. In dieser Veröffentlichung werden verschiedene Ansätze zur Transformation der Verfestigungskurven untersucht, um die Vorhersagegenauigkeit in der Prozesskette zu erhöhen. Anhand eines Beispiels wird die einfache Anwendbarkeit in der Prozesskettensimulation demonstriert.
Fachzeitschrift
Veröffentlichung (Englisch)

Digitaler Zwilling im Fertigungsbereich
Mai, 2022 – Digitale Zwillinge werden zu einem immer wichtigeren technischen Paradigma für die erfolgreiche und effiziente Produkt- und Prozessgestaltung. Konstruktions- und Simulationsingenieure, Prozessexperten und IT-Abteilungen sind mehr denn je voneinander abhängig, kämpfen aber mit nicht übereinstimmenden oder fehlenden Datenstandards, Schnittstellen und Softwarearchitekturen. Eine ganzheitliche Optimierung der Wertschöpfungsketten erfordert eine maximale Wiederverwendbarkeit und eine digitale Interoperabilität auch über Unternehmensgrenzen hinweg.
Unsere MpCCI Twin Toolbox unterstützt Ingenieure dabei, ihre Digital-Twin-Lösungen zu erstellen und zu konfektionieren. Die Toolbox bietet Funktionen, mit denen sich Informationsbestände aus heterogenen Quellen in eine gemeinsame Umgebung einbinden lassen. Analysen, Optimierung, automatische Kalibrierung oder Verifizierung & Validierung können genutzt und Daten durch ihre semantischen (ontologiebasierten) Metadaten verwaltet werden. Das Ziel der MpCCI Toolbox sind eine bessere Interoperabilität und intelligentere Arbeitsabläufe in technischen und multiphysikalischen Anwendungen. Generische Basislösungen und eine wachsende Anzahl von Engineering- und Analysemodulen dienen als Vorlagen und lassen sich an die Bedarfe eines Projekts anpassen.
Hannover Messe

VMAP - Datenstandard für eine stärker integrierte Systemtechnik
April, 2022 - ITEA strebt eine kontinuierliche Verbesserung der Qualität und der Auswirkungen der im Rahmen unseres Eureka-Clusters durchgeführten Projekte an. Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, besteht darin, die Anforderungen der Endnutzer zu verstehen, die potenziell von den Softwareinnovationen profitieren können, die durch ITEA-Projekte hervorgebracht werden. Die Kenntnis um wichtige und anspruchsvolle Probleme der Kunden ermöglicht es, Projekte mit konkreten Zielen zu entwerfen, die sich schnell umsetzen lassen.
ITEA Smart Systems Engineering Workshop (Englisch) 

Digitaler Zwilling und Multiphysics-Lösungen – Präsentationen auf dem NAFEMS-Weltkongress 2021
Oktober, 2021 – VMAP Standard and the VMAP Standards Community / VMAP Enabling Interoperability in Integrated CAE Simulation Workflows/ Bridging the Gap between Product and Simulation Data Management / A Digital Twin for Lightweight Thermoplastic Composite Part Production / Smart Automatic Configurator for Fast and Robust Fluid Structure Interaction Co-Simulations / Using Computational Fluid Dynamics for the Design of In-Vitro Testing Methods for Inhalable Micro- and Nanoparticles.
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VMAP – Präsentation auf der 13. Europäischen LS-DYNA Konferenz 2021
Oktober, 2021 – VMAP enabling interoperability in integrated CAE simulation workflows.
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MpCCI-Lösungen – Vortrag auf der JMAG & PSIM-Anwenderkonferenz 2021
Oktober, 2021 – Multiphysics Simulations for Electrical Components Design with MpCCI.
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VMAP erhält den ITEA Award of Excellence für Standardisierung
September, 2021 – "[...] VMAP hat herausragende Ergebnisse, die den Digitalisierungsprozess aller Branchen beschleunigen werden [...] – Zeynep Sarılar, ITEA Vorsitzende.
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Fraunhofer DigitalTPC – Vortrag auf der DGZfP-Jahrestagung 2021
Mai, 2021 – Inlinetauglichkeit von zerstörungsfreien Prüfmethoden für den digitalen Zwilling von thermoplastischen Carbonfaser-Tapes
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MpCCI CouplingEnvironment 4.6.1 veröffentlicht
März, 2021 – Synchronisationsproblem mit parallelen Codes behoben / Updates für verschiedene Codeschnittstellen...
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MpCCI FSIMapper 4.6.1 veröffentlicht
März, 2021 – Aktualisierungen für das FLUENT CFF Format / OpenMP basierter MpCCI Visualizer /...
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Fraunhofer Projekt HABICHT gestartet
Februar, 2021 – Das Projekt zielt darauf ab, einen Hochgeschwindigkeitsmotor für einen Brennstoffzellenkompressor zu entwerfen und zu entwickeln, um Innovationen im Bereich der Nutzfahrzeuge und der Luftfahrt zu ermöglichen...
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Das Projekt ITEA VMAP analytics ist angelaufen
Januar, 2021 – Die Vision von VMAP analytics ist es, die Realisierung von intelligenten digitalen Zwillingen für Material- und Fertigungsdesignaufgaben zu ermöglichen.
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Whitepaper: Ontologies for Digital Twins in Smart Manufacturing
November, 2020 – Fraunhofer SCAI schlägt eine erste integrale Ontologie vor, die sich auf Multiphysik-Simulationen und digitale Zwillinge in der Fertigung konzentriert...
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