Automatisierte Kalibrierung der Materialparameter für DEM-Simulationen kohäsiver Pulver mittels eines künstlichen neuronalen Netzes

Hintergrund:

Seit mehreren Jahrzehnten gehören Simulationen mittels der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) zum wichtigen Tool in der Partikeltechnik. Diese unterstützen Untersuchungen des Schütt- und Mischverhaltens unterschiedlicher Schüttgüter und ermöglichen kostengünstige Entwicklung maßgeschneiderter Prozessführungen. Mit der Einführung der parallelen Berechnung auf mehreren GPUs sind auch DEM-Simulationen in großen Skalen innerhalb kürzerer Rechenzeiten möglich. Jedoch geht einer realitätsgetreuen Simulation des Fließverhaltens ein iterativer Prozess der Kalibrierung voraus. Dieser erfordert bei besonders feinen und/oder kohäsiven Pulvern mehrere Iterationen und macht bis zu 80% des gesamten Aufwands aus. Ein künstliches neuronales Netz (KNN) kann jedoch die komplexen Zusammenhänge zwischen Materialparametern und Fließverhalten erlernen. Anschließend kann dieses via Bildanalyse die einzustellenden DEM-Parameter vorhersagen und damit den Kalibrieraufwand deutlich reduzieren.

Aufgaben / geplante Arbeiten:

Ziel der Arbeit ist die Weiterentwicklung einer automatisierten Kalibrierung von Materialparametern. Dazu sind zunächst Kalibrierversuche mit zwei Modellpulvern durchzuführen. Anschließend ist ein KNN mit den Ergebnissen der Kalibriersimulationen zu trainieren und die Vorhersagen für die Modellpulver zu validieren. Die Versuche finden in Kooperation mit ThyssenKrupp im Kalibrierlabor des Werks Beckum statt. Ein vorausgehendes Praktikum bei ThyssenKrupp ist möglich.

Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in schriftlicher Form zu dokumentieren und in einem Seminarvortrag vorzustellen.

Für die Durchführung der Simulationen steht die Software ROCKY DEM® auf den leistungsstarken GPUs des bwUniClusters2.0 zur Verfügung. Der Remotezugriff über VPN ist möglich.

Die Betreuung erfolgt hauptsächlich am KIT. Die Betreuung der experimentellen Untersuchungen übernehmen die Mitarbeiter der Forschung und Entwicklung bei ThyssenKrupp. 

Bei Interesse gerne Kontakt per E-Mail aufnehmen!

Ermek Asylbekov, M.Sc.

E-Mail: ermek asylbekovDvf2∂kit edu

Gebäude 30.70, Raum 212.2