Simulering och modellering av GRM i CAE-miljö

Syfte och mål

En grundförutsättning för framgångsrik teknikintensiv industri är tillgången till tillförlitliga modellerings- och simuleringsmiljöer.

Kraftfulla simuleringsverktyg i kombination med solid modelleringskompetens (Computational Added Engineering, CAE) är ett idag ett nödvändigt komplement till erfarenhetsbaserad design och innovationsarbete. Modellering av grafenrelaterade material (GRM) är idag begränsad till relativt små skalor upp till mikrometernivån. De numeriska metoder som används är starkt specialiserade och kan inte utan avsevärda insatser integreras i kommersiella modelleringsplattformar.

Projektidén grundade sig i kunskapsklyftan kring modellering av GRM utifrån ett simuleringsperspektiv i förhållande till ett designarbete eller en konceptframställan.

Vi har gjort detta genom att identifiera villkor, förutsättningar och prioriteringsordning utifrån en väletablerad CAE-plattform för sammanlänkning med simuleringsmodeller framtagna inom den akademisk forskningen. Detta har gjorts avgränsat och med ett systematiskt tillvägagångsätt på vetenskaplig grund med hög marknadsmässig återkoppling och med stor potential inom ökad teknikmognadsgrad för grafen.

Resultat

Denna genomförbarhetsstudie hänvisade till simulering och modellering av 2-dimensionella grafen eller besläktade material (GRM). Den nuvarande statusen är företrädesvis sluten i en fördel jämfört med nackdelar med hjälp av skalhöjarkonfigurationen.

Genomförbarhetsstudien drar slutsatsen att det effektiva kontinuummetoden ger en stor potential i banbrytande framsteg när det gäller att hantera CAE-problem med flera skalor och multifysik. Studien angav också tydligt utmaningarna när man säkerställde en överföring av information från kontinuerlig makroskala till molekylär skala. Det identifierades också ett gap – i synnerhet på meso-skalan. För att föreslå ansträngningar för att övervinna dessa hinder, krävs fortsatt forskning inom följande:

  • Bygga meso-skala metoder med tanke på överföringsinformationen som i parameter för variabel tillvägagångssätt, föredraget med användning av fina kurs rutnät metoder tydligen framgångsrik i FEM problem.
  • Använd störningsinriktning för att uppnå känsligheten och det fysiska korrekta omvandlingsresultatet baserat på informationens nivå.
  • Närma sig multiscaling problem genom sekventiella metoder och implementera en rekursiv förfining av parametrar, diskreta eller fältvariabler och FSI-metod.
Abstract in English

Purpose and goal

A prerequisite for successful technology-intensive industry is the availability of reliable modeling and simulation environments.

Powerful simulation tools combined with solid modeling skills (Computational Added Engineering, CAE) are today a necessary complement to experience-based design and innovation. Modeling of graphene-related materials (GRM) is today limited to relatively small scales up to the micrometer level. The numerical methods used are highly specialized and cannot be integrated into commercial modeling platforms without significant efforts.

The project idea is based on the knowledge gap regarding modeling of GRM based on a simulation perspective in relation to a design work or conceptual design. We do this by identifying terms, conditions and prioritization based on a well-established CAE platform for interconnecting with simulation models developed within academic research. This is done delimitatively and with a systematic approach on a scientific basis with high market feedback and with great potential in increasing the degree of engineering maturity of graphene.

Results
This feasibility study referred to simulation and modelling of 2-dimensional Graphene or Related Materials (GRMs). The current status is preferable concluded in an advantages versus disadvantages using the scale hierarchy.
The feasibility study conclude that the effective continuum approach give a great potential in groundbreaking advances in addressing multi-scale and multiphysics CAE problems. The study attempt also clearly stated the challenges when securing a transfer of information from continuum macro scale to molecular scale. There was also identified a gap- in particular in the meso-scale level. In order to suggest effort to overcome those hurdles, continuing research within the following is necessary:
• build meso-scale methods given the transferring information as in parameter to variable approach, preferable using fine-course grid methods apparently successful in FEM problems
• use perturbation approach in order to achieve the sensitivity and the physical accurate transformation result based on the level of information
• approach multiscaling issue by sequential methods and deploy a recursive refinement of parameters, discrete or field variables and fluid structure interaction (FSI)- approach.

Utlysning:
FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (2) 2017

Projektpartners: ÅF Industry, Chalmers

Projektledare: Fredrik Jareman

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: Nov 2017 - Feb 2018

Relaterade styrkeområden: