Audi, BMW, DaimlerChrysler a Renault

Revoluce ve světě analýzy dynamiky proudění

Společnosti Audi, BMW, DaimlerChrysler a Renault začaly používat PolyWorks®, aby zkrátily čas potřebný na CFD analýzu až o 83 %.

Velcí výrobci automobilů přešli na technologii polygonálního modelování PolyWorks, aby výrazně snížili své náklady na analýzu dynamiky proudění. Zjistěte, jak jedinečné nástroje, které PolyWorks nabízí, umožnily společnostem jako Audi, BMW, DaimlerChrysler nebo Renault zkrátit čas potřebný k vytvoření polygonálního modelu připraveného na CFD analýzu ze sedmi dnů na jeden den.

Analýza proudění je studie o tom, jak se tekutiny, jako je vzduch, kapaliny nebo plyny, pohybují okolo a uvnitř pevných předmětů, jako jsou křídla letadel, karoserie automobilů či ropovody. Většina velkých výrobců automobilů na světě se při vytváření designů potýká s problémem proudění, jako je proudění vzduchu přes karosérie automobilů a měří proto vztlak, odpor, stáčení a tření. Klasická analýza dynamiky proudění se běžně provádí testováním ve větrném tunelu, což je nákladný a časově náročný úkon, který vyžaduje dobře vyškolené techniky.

Vznik technologie 3D digitalizace způsobil revoluci ve způsobu analýzy proudění tekutin tím, že otevřel dveře „testování v digitálním větrném tunelu“. Miliony datových bodů zachycených bezkontaktními 3D skenery představují vynikající zdroj informací pro digitální simulaci proudění tekutin a replikování běžné analýzy testování ve větrném tunelu, a to za zlomek obvyklých nákladů a potřebného času.

Výzva

K účinné analýze v digitálním větrném tunelu potřebuje software pro analýzu CFD, jako je Exa PowerFlow^®, polygonální modely, které splňují přísné požadavky z hlediska přesnosti, topologie, velikosti atd. Není to tak dávno, co bylo k přípravě modelu pro analýzu CFD potřeba několik kroků. Příprava dokázala zabrat až sedm dní práce. Nejprve bylo potřeba digitalizované mračno bodů proměnit na povrchy NURBS pomocí softwarového systému reverzního inženýrství. Výsledné povrchy byly načteny do CAD softwaru, aby pak mohlo být provedeno několik úkonů úprav, například rekonstrukce prvků nebo odstranění nepotřebných detailů. CAD model pak musel být teselován pomocí jiného softwarového balíku, aby byl znovu vytvořen polygonální model. Většinu času si tento teselovaný polygonální model vyžadoval další úpravy, aby splňoval cíl 100 000 trojúhelníků nutný pro analýzu CFD.

„Software PolyWorks nabízí přímočarý přístup, který zásadně změnil způsob přípravy a optimalizaci polygonálních modelů pro CFD analýzu,“, prohlásil Dr. Hans-Peter Duwe z německé společnosti Duwe-3d. „PolyWorks nabízí širokou sadu nástrojů pro úpravu polygonů. To nám umožňuje rekonstruovat křivky prvků, odstranit příliš detailní prvky nebo vytvořit uzavřené polygonální modely, které lze použít přímo v systému PowerFlow od společnosti Exa. Veškeré úkony můžete provádět v rámci jednoho softwarového řešení, což výrazně šetří čas a náklady na analýzu proudění,“, pokračoval.

Řešení

Kompletní sada nástrojů PolyWorks pro optimalizaci polygonálních modelů automobilů

1. Vytvoření polygonálního modelu

• Automobiloví designéři vytvářejí fyzický model z hlíny nebo jiného podobného kompozitu. Velikost prototypu automobilu se přitom může lišit od plné velikosti až po reprodukce 1/2, 1/4, 1/10 velikosti.
• Hliněný model je podroben kompletní digitalizaci pomocí 3D skeneru
• Vícečetné skeny jsou následně zarovnány pomocí. fotogrammetrie (v případě modelů v plné velikosti) nebo pomocí jedinečné metody nejlepšího proložení PolyWorks, která zarovná skeny rychle pomocí geometrických prvků objektu (v případě zmenšených objektů).
• Zarovnané mračno bodů je poté zpracováno v softwaru PolyWorks a je vygenerován vysoce přesný polygonální model s 500 000 až 1 000 000 trojúhelníky a tolerancí v rozmezí 10 až 30 mikronů.

2. Úprava polygonálního modelu pro analýzu CFD

A) Rekonstrukce křivek prvků

Jedním z nejdůležitějších faktorů, který ovlivňuje proudění vzduchu u modelu, je kvalita křivek jeho prvků. Vzhledem k tomu, že 3D skenery nedokážou zachytit ostré hrany s větší přesností, je potřeba v případě rekonstrukce provést další úpravy. Software PolyWorks nabízí výkonný nástroj, který detekuje, sleduje a vytváří křivky na zakřivení nebo hranách a napasovává teoretické ostré hrany. Po extrahování křivek ostrých hran, lze křivky prodloužit nebo protnout a vytvořit tak rohy.

B) Vytvoření kompaktní a vodotěsné polygonální sítě

Zde najdete kroky, jak vytvořit kompaktní a vodotěsný model:

• Vyplnění otvorů vytvořených během digitalizace:
• Software PolyWorks nabízí různé nástroje pro vyplňování otvorů, aby bylo možné uzavřít povrch polygonálního modelu. U otvorů s malou nebo střední složitostí se uživatelé mohou spolehnout na metodu automatického vyplňování otvorů, která hladce interpoluje zakřivené sady trojúhelníků v rámci uživatelem definované 3D překlenovací vzdálenosti.
• U větších, a tudíž složitějších otvorů mohou uživatelé na povrch polygonálního modelu přidat kompozitní Bézierovy povrchy nebo povrchy NURBS a vložit trojúhelníkové povrchy, které sledují zakřivení objektu.

• Odstranění nepotřebných prvků z modelu:
• Účelem tohoto úkonu je udržet počet trojúhelníků co nejnižší. Software CFD, jako je PowerFlow od společnosti Exa, je optimalizován pro zpracování polygonálních modelů do 100 000 trojúhelníků. Pokud uživatelé chtějí snížit počet trojúhelníků, mohou odstranit nepotřebné trojúhelníky ve vysoce detailních oblastech modelu, jako jsou drážky, vzduchové uzávěry atd.
• Uživatel pak může použít kompozitní Bézierovy povrchy nebo povrchy NURBS k rekonstrukci polygonů v těchto oblastech.

C) Vkládání CAD povrchů

• Díly ze stávajícího modelu CAD lze vložit k vyplnění prvků, jako je spodek karoserie, kola, čelní sklo, okna nebo světla.
• Bézierovy povrchy a povrchy NURBS lze použít k vyplnění oblastí, pro které není k dispozici CAD povrch.

3. Snižte počet trojúhelníků a optimalizujte orientaci trojúhelníků

Technologie adaptivní sítě PolyWorks umožňuje vytvářet „chytré“ polygonální modely při zachování vysokého rozlišení hran a zaoblení a paralelního vytváření větších trojúhelníků v plochých oblastech. Aby polygonální model splňoval přísné požadavky systému PowerFlow od společnosti Exa, měl by:

• Obsahovat přibližně 100 000 trojúhelníků.
• Neobsahovat žádné trojúhelníky se špatným poměrem stran (výška/základna).
• Obsahovat trojúhelníky, jejichž orientace sleduje zakřivení objektu.

Software PolyWorks nabízí pokročilé techniky pro přípravu modelu, který bude tyto požadavky splňovat. Uživatelé mají možnost:

• Nastavit parametr zmenšení jako cílový počet trojúhelníků.
• Použít maximální délku hrany, aby zabránili vytvoření velkých trojúhelníků se špatným poměrem stran.
• Stanovit úhel detekce hran pro vytvoření hraničních křivek.
• Vyvolat algoritmus optimalizace sítě, který zarovná hrany trojúhelníků podél zakřivení.