Finite-Elemente-Methode (FEM) in Life Science und

Finite-Elemente-Methode (FEM) in Life Science und Nanotechnologie
Unsere FEM-Simulationssoftware Adaptive MultiDimensional Simulations (AMDiS) befähigt die Modellierung von
zwei- und dreidimensionalen Körpern und die Simulation der Auswirkungen von physikalischen Prozessen wie
Verformung, Thermik oder Strömung. Komplexe Modellierungen mittels der Finite-Elemente-Methode laufen
typischerweise in drei Phasen ab.
FEM-Simulation mit AMDiS
Als Beispiel dient die Simulation in der Ausbreitung eines Medikaments im Innenohr.
1. Im Preprocessing wird zunächst das zu untersuchende Objekt durch ein Gitter modelliert, das in dem
Beispiel das Cochlea als hinteren Teilbereich des Innenohrs ist. In dem Beispiel soll die Ausbreitung eines
Medikaments im Innenohr untersucht werden und dies spiegelt den nächsten Schritt in der Formulierung des
physikalischen Phänomens in Form einer Diffusion durch Differenzialgleichungen wider.
2. Der Solver ermöglicht die Berechnung in der Umformung zu einem Gleichungssystem und deren Lösung.
Wichtig ist in diesem Beispiel das eine hohe Genauigkeit sowie eine Anpassbarkeit der Zeitintervalle
erforderlich ist, da nicht bekannt ist, wie sich das Medikament aufgrund seiner eigenen Struktur ausbreiten
wird.
3. Im Postprocessing werden die Ergebnisse visualisiert und mit Statistiken ausgegeben. In dem Beispiel ist
aus der Visualisierung ersichtlich, dass sich das Medikament am Ende der Spirale (blau) weniger ausbreitet
als am Anfang (rot). Diese Erkenntnisse finden Anwendung in der Entwicklung von Hörgeraten und der
Weiterentwicklung passender Medikamente.
Anwendungsgebiete: Dies führte dazu, dass AMDiS bereits in Forschungsprojekten der Nanotechnologie
und Life Science eingesetzt wurde, in der eine hohe Flexibilität und Genauigkeit gefordert wird.
1. Beispielsweise konnte mit AMDiS das Dünnschichtwachstum simuliert werden und feinere elektrische
Leitungen in der Modellierung von Halbleitermaterialien entwickelt werden.
2. Phasenfeldsimulation von Nanostruktur zur Entwicklung neuartiger Speichermedien (Projekt MagDot).
3. Die Untersuchung von Zellausbreitungen auf Biomembranen („Lipid Rafts“) aus der Biotechnologie.
FEM Edition
Der Vorteil von AMDiS liegt in der universellen Einsetzbarkeit bei beliebigen Problemstellungen. Durch die
implizite Methode der Gittererstellung können Modelle beliebiger Komplexität erstellt werden. Zudem erlaubt
AMDiS die freie Definierbarkeit von physikalischen Prozessen, egal wie komplex die entstehenden
Differentialgleichungen sind. Die Anwendung wird komplett (Pre-, Postprocessing und Solver) bereitgestellt und
umfasst folgende Vorteile:
Komfortable Oberfläche
Vom Preprocessing über den Solver bis zur Ergebnis-Visualisierung können alle Schritte
Simulationsprojektes in einer benutzerfreundlichen grafischen Oberfläche erstellt und konfiguriert werden.
eines
Universalität
In AMDiS können neben vordefinierten Problemstellungen (Thermik, Strukturdynamik, Fluiddynamik, u.v.a.) auch
beliebig komplexe eigene Probleme bearbeitet werden. Die Benutzeroberfläche stellt hierfür einen komfortablen
Editor für partielle Differentialgleichungen bereit. Auch das Koppeln von verschiedenen physikalischen Prozessen
in einem Problem ist realisierbar.
Performance
Unter Einbeziehung der MTL4 erreicht AMDiS sogar für gewöhnliche Desktop-PCs eine sehr gute Performance.
Für große Simulationsprojekte kann die Software problemlos auf Many- und Multicore-Systemen eingesetzt
werden, wobei hervorragende Effizienz bei der Paralellisierung erreicht wird.
Adaptivität
Während der Berechnung verändert AMDiS die Genauigkeit des Gitters und die Größe von Zeitschritten
automatisch, um bestmögliche Genauigkeit bei kleinstmöglichem Aufwand zu realisieren.
Umfassende Unterstützung beim Preprocessing/Meshing
Eine Reihe von Werkzeugen erlaubt es dem Benutzer eine Vielzahl an Gitter-Formaten in AMDiS zu importieren
und in simulationstaugliche Qualität zu konvertieren. Ob die Geometrien in Form von Micro-CT-Daten, CADModellen, Levelset-Funktionen oder anderen 2D- bzw 3D-Formaten vorliegen spielt keine Rolle. Auch nichtkonforme Gitter wie sie in der Regel von CAD-Anwendungen erzeugt werden, können ohne großen Aufwand in
AMDiS-lesbare Gitter von hoher Qualität überführt werden.
Service
SmartSoft bietet Entwicklungs- und Erweiterungsleistungen an:
Für die effiziente Entwicklung ihrer Simulation stehen unsere Spezialisten für die Entwicklung und Schulung
ihrer Mitarbeiter zur Verfügung.
Für die Erweiterung spezifischer Komponenten können notwendige Programmierleistungen getätigt werden.
Preismodell
Die Software kann einzeln über Lizenzen erworben werden. Für eine Anfrage zu den Preisen und
Projektgestaltung können Sie eine Mail an [email protected] senden.

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