Audi, BMW, DaimlerChrysler e Renault

Una rivoluzione nel mondo dell'analisi fluidodinamica 

Audi, BMW, DaimlerChrysler e Renault si affidano a PolyWorks^® per ridurre i tempi dell'analisi CFD fino all'83%.  

Le principali case automobilistiche si sono affidate alla tecnologia di modellazione poligonale di PolyWorks per generare importanti riduzioni dei costi per le analisi fluidodinamiche. Scopri come gli esclusivi strumenti messi a disposizione da PolyWorks hanno permesso ad Audi, BMW, DaimlerChrysler e Renault di ridurre da sette giorni a un solo giorno il tempo necessario per preparare un modello poligonale predisposto per l'analisi CFD.

L'analisi fluidodinamica è lo studio di come i fluidi, come l'aria, i liquidi e i gas si muovono dentro e intorno a oggetti solidi, come le ali degli aerei, le carrozzerie delle automobili o i tubi degli oleodotti. La maggior parte dei principali produttori di automobili in tutto il mondo devono affrontare problemi di fluidodinamica nel loro lavoro di progettazione, come il flusso d'aria sulle superfici delle automobili che misura la portanza, la resistenza, l'imbardata e l'attrito. In genere, l'analisi fluidodinamica tradizionale viene condotta attraverso prove in galleria del vento, un'operazione costosa e dispendiosa in termini di tempo che richiede tecnici ben addestrati. 

L'emergere della tecnologia di digitalizzazione 3D ha rivoluzionato il modo di analizzare la fluidodinamica aprendo la porta al "test in galleria del vento digitale". I milioni di punti di dati catturati dai dispositivi di acquisizione 3D senza contatto rappresentano un'eccellente fonte di informazioni per simulare in modo digitale la dinamica dei fluidi e replicare le tipiche analisi di prova in galleria del vento ad una frazione del costo e del tempo normalmente richiesti. 
 

La sfida

Per eseguire una potente analisi in galleria del vento digitale, software CFD come Power- Flow® di Exa necessitano di modelli poligonali che soddisfino rigorosi requisiti in termini di precisione, topologia, dimensioni, ecc. Non molto tempo fa, erano necessari diversi passaggi per preparare il modello per l'analisi CFD con fino a sette giorni di lavoro. In primo luogo, la nuvola di punti digitalizzata doveva essere trasformata in superfici NURBS utilizzando un programma di reverse-engineering. Le superfici risultanti venivano caricate nel software CAD e venivano effettuate diverse operazioni di editing, come la ricostruzione delle entità e la rimozione di dettagli non necessari. Il modello CAD doveva quindi essere tassellato utilizzando un altro pacchetto software per ricreare un modello a mesh. Nella maggior parte dei casi, questo modello poligonale tassellato richiederebbe altre modifiche per raggiungere l'obiettivo di 100.000 triangoli richiesto per l'analisi CFD.
 
"PolyWorks offre un approccio lineare che ha cambiato radicalmente la preparazione e l'ottimizzazione dei modelli poligonali per l'analisi CFD" spiega Hans-Peter Duwe dell'azienda Duwe-3d in Germania. PolyWorks offre un ampio pacchetto di strumenti per l'editing dei poligoni che ci permette di ricostruire le curve delle entità, rimuovere le entità troppo dettagliate e creare modelli poligonali chiusi che possono essere utilizzati direttamente all'interno di Exa PowerFlow. Tutte le operazioni possono essere condotte all'interno di un'unica soluzione software, il che riduce significativamente i tempi e i costi dell'analisi fluidodinamica", continua.

La soluzione

Pacchetto di strumenti completo PolyWorks per l'ottimizzazione del modello poligonale di un'automobile  

1. Creazione del modello poligonale 

• I disegnatori di automobili creano un modello fisico utilizzando l'argilla o un altro composito simile; le dimensioni del prototipo dell'automobile possono variare dalle riproduzioni a grandezza naturale a 1/2, 1/4, 1/10  
• Il modello in argilla è interamente digitalizzato con un dispositivo di acquisizione 3D  
• Le scansioni multiple vengono successivamente allineate mediante fotogrammetria (per un modello a grandezza naturale) o utilizzando l'esclusivo metodo best-fit di PolyWorks che allinea rapidamente le scansioni utilizzando le entità geometriche dell'oggetto (per oggetti più piccoli) 
• La nuvola di punti allineata viene meshata in PolyWorks e viene creato un modello poligonale altamente accurato con un numero di triangoli compreso tra 500.000 e 1.000.000 con una tolleranza che va da 10 a 30 micron.  

2. Modifica del modello poligonale per l'analisi CFD  

A) Ricostruzione delle curve delle entità  

Uno dei fattori più importanti che influenzano il flusso d'aria di un modello è la qualità delle curve delle sue entità geometriche. Dal momento che i dispositivi di acquisizione 3D non sono in grado di catturare gli spigoli vivi con grande precisione, è necessario eseguire un lavoro di editing per la ricostruzione. PolyWorks offre un potente strumento che rileva e traccia le curve delle entità ed esegue il best-fit degli spigoli vivi teorici. Una volta estratte, le curve degli spigoli vivi possono essere estese e intersecate per creare angoli.  

B) Produrre una mesh poligonale compatta e impermeabile  

Questi sono i passaggi per creare un modello compatto e impermeabile:

• Riempimento dei buchi prodotti durante la fase di acquisizione:
  • PolyWorks offre vari strumenti di riempimento per chiudere la superficie di un modello poligonale. Per buchi di piccola e media complessità, è possibile affidarsi ad un metodo di riempimento automatico che interpola senza problemi serie di triangoli curvi all'interno di una distanza di bridging 3D definita dall'utente  
  • Per buchi più grandi e complessi, è possibile creare superfici composite Bézier o superfici NURBS sopra il modello poligonale e inserire superfici triangolari che seguano la curvatura dell'oggetto  

• Eliminazione di entità non necessarie dal modello:
  • Lo scopo di questa operazione è mantenere il numero di triangoli il più basso possibile. I programmi CFD come Exa PowerFlow sono ottimizzati per elaborare modelli poligonali fino a 100.000 triangoli. Per ridurre il numero di triangoli, è possibile rimuovere quelli non necessari su aree molto dettagliate del modello, come scanalature, trappole d'aria, ecc.  
  •  È quindi possibile utilizzare superfici composite Bézier o superfici NURBS per ricostruire i poligoni in queste aree

C) Inserimento di superfici CAD

• È possibile inserire parti di un modello CAD già esistente per riempire elementi, come sottoscocca, ruote, parabrezza, finestre e fari  
• Le superfici Bézier e le superfici NURBS possono essere utilizzate per riempire le aree per le quali non è disponibile un CAD

3. Ridurre il numero di triangoli e ottimizzare l'orientamento dei triangoli

La tecnologia di meshing adattivo di PolyWorks permette la creazione di modelli poligonali "intelligenti", preservando l'alta risoluzione su bordi e raccordi e creando al contempo triangoli più grandi nelle aree piane. Per soddisfare i rigorosi requisiti di Exa PowerFlow, un modello poligonale dovrebbe:  

• Contenere circa 100.000 triangoli  
• Non contenere triangoli con proporzioni (altezza/base) scarse 
• Avere triangoli il cui orientamento segua la curvatura dell'oggetto  

PolyWorks mette a disposizione tecniche avanzate per preparare un modello che soddisfi questi requisiti. È possibile:

• Impostare il parametro di riduzione come numero target di triangoli  
• Utilizzare una lunghezza massima del bordo per evitare la creazione di grandi triangoli con proporzioni scarse  
• Specificare l'angolo di rilevamento del bordo per preservare le linee delle entità
• Richiamare un algoritmo di ottimizzazione delle mesh che allinei i bordi dei triangoli lungo il flusso di curvatura