3D-s DEM-VEM többirányú szoftver fejlesztése és optimalizálása talaj-szerszám kapcsolatok modellezéséhez
3D-s DEM-FEM többirányú szoftver fejlesztése és optimalizálása talaj-szerszám kapcsolatok modellezéséhez
Gräff József Balázs BSc II. évf.
e-mail: graffjozsefb@gmail.com
Konzulens: Pásthy László és Tamás Kornél, Gép-, és Terméktervezés Tanszék
e-mail: pasthy.laszlo@gt3.bme.hu, tamas.kornel@gt3.bme.hu
A mezőgazdaság az emberiség legfontosabb ipara, mely hatékonyságának növelése prioritást érdemel. Ezt gyakran drága és lassú mérésekkel kell folytatni, mely hátrányok miatt jóval kevesebb a kutatás ezen a területen, mint amennyire szükség lenne. A modern korban viszont a számítógépes szimulációk olcsóbbá, valamint gyorsabbá teszik ezt a folyamatot. Ezen belül, a talaj-szerszám kapcsolati modellekről szól ezen TDK munka, és egy DEM-VEM szimulációs szoftver (mostani nevén BMEDEM3D) fejlesztéséről.
A talaj-szerszám egymásra hatásának meghatározására két különböző szimulációs modell egyikével (ritkán mindkettővel) működnek: a Diszkrét Elemes Módszer (DEM) és a Végeselemes Módszer (VEM, angolul FEM). A DEM modellek többszemcsés, nem egységes anyagok modellezésére alkalmasak, ez esetben a talaj szimulálására használjuk. A VEM modell pedig kontinuum anyagból álló szerkezetek, például itt az eszköz, modellezésére optimálisak.
Habár a mostani VEM szoftverek (pl.: Ansys Mechanical, Autodesk Simulation) felhasználóbarátok, és nem csak szakértők általi használatra vannak tervezve, ezt nem nagyon lehet elmondani a mostani DEM programokról. Például az egyik legismertebb nyílt forráskódú DEM program (a Yade) nem rendelkezik grafikus felhasználói felülettel, és Python-ban kell programozni. A legismertebb kereskedelmi szimulációs program, az Altair EDEM®, melynek van GUI rendszere, is rendelkezik más hátrányokkal. Ezeknek a problémáknak megértéséhez, valamint orvoslásához hoztuk létre a BMEDEM3D-t, egy saját fejlesztésű DEM-VEM szoftvert.
Ezen program a BMEDEM nevű 2 dimenziós DEM program utódja, melyet konzulensem, Pásthy László írt. Természetesen a programnak voltak problémái, melyeknek a javítása itt a fő prioritás: csak 2D-ben működött, és mivel National Instruments LabVIEW™-ban, szuboptimális algoritmusokkal volt írva, nagyon lassú volt. Ehhez képest a BMEDEM3D-t a semmiből, C++-ban fejlesztjük, olyan sebességoptimalizáló megoldásokkal, mint például egy hash-táblás AABB rendszer, ami az ütközések megtalálását nagyságrendekkel tudja gyorsítani szemcseszámtól függően, vagy egy saját fejlesztésű, sebességoptimalizált matekkönyvtár használatával. A mostani megoldásokat gyakran leváltjuk jobb, gyorsabb algoritmusokra: például 2023 augusztusának elején egy 500 szemcsés szimuláció, amely 5 másodpercet szimulált 0,001s-es időközzel, majdnem 8 óráig tartott. Ehhez képest a mostani program ugyanazt a szimulációt 22 másodperc alatt befejezi. A program grafikus felülettel is rendelkezik, ez most LabVIEW-ban van írva, de a sebesség érdekében ez az adatokat futtatáskor elmenti, és külső programként hívja a C++-os „solver” programunkat.
A program mostani verziója stabilan működik, a munka hátra lévő része csak további optimalizálásból áll, valamint tervezünk új funkciókat is bele rakni a programba, mint például egy videókártyás szimulátor, vagy újratervezett, felhasználóbarátabb és erősebb grafikus felület.
szerző
-
Gräff József Balázs
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Tamás Kornél
egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék -
Pásthy László
Doktorandusz, Gép- és Terméktervezés Tanszék
