Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
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RISTRA – schnelle Struktursimulation: FEM auf GPUs

RISTRA ist eine GPU-optimierte FEM-Bibliothek, mit der CAE-Softwareanbieter und -anwender ihre Struktursimulationen deutlich beschleunigen können

Die Simulation einer Felge der RONAL GROUP erfolgt 93x schneller als bislang.

Mit unserer Software für die Hochleistungs-Strukturanalyse, RISTRA, können CAE-Softwareanbieter und Technologiepartner bestehende Lösungen gezielt erweitern, um ihren Kunden schnellere Simulationen als ihre Wettbewerber anzubieten und sich technologisch klar zu differenzieren. RISTRA reduziert die Simulationszeiten ohne Genauigkeitsverlust signifikant und ermöglicht so schnellere Designzyklen

Ingenieure können RISTRA als eigenständige Lösung einsetzen, um von den Vorteilen zu profitieren.

Unsere Lösung: FEM-Simulation mit GPU-Beschleunigung

RISTRA beschleunigt Simulationen durch eine konsequente Nutzung von GPUs (Graphics Programming Units).

Die Software basiert auf der etablierten Finite-Elemente-Methode und kombiniert diese mit hochperformanter GPU-Numerik. Dadurch lassen sich Simulationszeiten massiv verkürzen, ohne Abstriche bei der Ergebnisqualität.

RISTRA ist sowohl als Standalone-Software als auch als Bibliothek zur Integration in bestehende CAE-Systeme verfügbar und kann flexibel in bestehende Entwicklungsprozesse eingebunden werden.

Herausforderung der Struktursimulation

Struktursimulation ist ein zentraler Bestandteil moderner Ingenieursprozesse. Insbesondere bei komplexen Modellen, vielen Varianten oder iterativen Optimierungen steigen die Rechenzeiten jedoch stark an. Die Rechenzeiten klassischer, CPU-basierter FEM-Löser werden in der praktischen Anwendung zunehmend limitierend. Simulationsergebnisse stehen häufig erst nach Stunden oder Tagen zur Verfügung und bremsen so Design- und Entscheidungsprozesse erheblich. Simulation bleibt dadurch meist ein nachgelagerter Schritt anstatt die Konstruktion inhärent zu begleiten.

Mit RISTRA hingegen stehen Ergebnisse in kurzer Zeit bereit. Simulation kann konstruktionsbegleitend eingesetzt werden, Arbeitsprozesse werden effizienter und Designentscheidungen können früher abgesichert werden.

Bis zu 89× schneller: Der GPU-beschleunigte Strukturmechanik-Solver RISTRA reduziert Simulationszeiten erheblich.
Bis zu 89× schneller: Der GPU-beschleunigte Strukturmechanik-Solver RISTRA reduziert Simulationszeiten erheblich.

Praxisbeispiel

Honda Research Institute Europe

In einem gemeinsamen Projekt mit dem Honda Research Institute Europe wurde RISTRA zur Beschleunigung von Topologieoptimierungen eingesetzt. Ziel war es, das Crash-Verhalten von Bauteilen effizienter zu analysieren und in frühen Entwicklungsphasen mehr Designkonzepte zu untersuchen. Durch den Einsatz von RISTRA konnte die Rechenzeit pro Optimierungslauf von fünf Stunden auf 45 Minuten reduziert, die Simulationszeit signifikant verkürzt und der Designraum deutlich erweitert werden.

Unsere Technologie und Kompetenz

RISTRA basiert auf langjähriger Forschung des Fraunhofer IGD in den Bereichen:

  • GPU-Programmierung und GPU-beschleunigte Numerik
  • Entwicklung neuer numerischer Methoden für die Struktursimulation
  • Hochperformante Finite-Elemente-Verfahren (FEM)
  • Visualisierung und Verarbeitung von CAD- und Simulationsdaten

Die Kernfunktionalitäten der Software werden vollständig am Fraunhofer IGD entwickelt und bilden die Grundlage des technologischen Alleinstellungsmerkmals von RISTRA.

Leistungsangebot

  • Softwarelizenz (Standalone oder Library)
  • Integration in bestehende CAE-Systemlandschaften
  • Entwicklung von Proof-of-Concepts
  • Benchmarking bestehender Simulationsprozesse
  • Schulungen, Workshops und Beratung

Weiterführende Inhalte

Interaktive Simulation im Einsatz: Einblicke in die Software

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Manufacturing and Mobility

Wir adressieren die gesamte Mobilitätsbranche – von der Entwicklung über die Produktion bis zum After Sales. Unser Fokus: intelligente, praxisnahe Lösungen für eine effizientere Industrie.

Mehr Informationen

Weiterführende Literatur

Weber, D.; Mueller-Roemer, J. S.; Altenhofen, C.; Fellner, D.: Deformation simulation using cubic finite elements and efficient p-multigrid methods, Computers & Graphics, Bd. 53, Nr. Part B, S.185-195, 2015.

Mueller-Roemer, J. S.; Stork, A.: GPU-based Polynomial Finite Element Matrix As-sembly for Simplex Meshes, Computer Graphics Forum, Bd. 37, Nr. 7, S.443-454, 2018.

Altenhofen, C.; Loosmann, F.; Mueller-Roemer, J. S.; Grasser, T.; Luu, T. H.; Stork, A.: Integrating interactive design and simulation for mass customized 3D-printed ob-jects - a cup holder example, In: 28th Annual International Solid Freeform Fabrica-tion Symposium - An Additive Manufacturing Conference 2017, Austin, Texas, 2017.

Ströter, D.; Halm, A.; Krispel, U.; Mueller-Roemer, J. S.; Fellner, D.: Integrating GPU-Accelerated Tetrahedral Mesh Editing and Simulation, Lecture Notes in Networks and Systems, Bd. 601, S.24-42, 2023.

Weber, Daniel, Tim Grasser, and André Stork. “Rapid interactive structural analysis.” In 2020 NAFEMS DACH Regionalkonferenz, 4 p., 2020.