Audi, BMW, DaimlerChrysler and Renault

Rewolucja w świecie analizy dynamiki płynów

Audi, BMW, DaimlerChrysler i Renault współpracują z PolyWorks^®, aby skrócić czas analizy CFD nawet o 83%.

Główni producenci samochodów skorzystali z technologii modelowania polygonowego PolyWorks, aby znacząco obniżyć koszty swoich analiz dynamiki płynów. Dowiedz się, w jaki sposób unikalne narzędzia oferowane przez PolyWorks umożliwiły firmom Audi, BMW, DaimlerChrysler i Renault skrócenie czasu potrzebnego do przygotowania modelu polygonowego przygotowanego do CFD z siedmiu dni do jednego dnia.

Analiza przepływu płynów to badanie ruchu płynów, jak na przykład powietrze, ciecze i gazy, w i wokół obiektów stałych, takich jak skrzydła samolotów, karoserie samochodowe lub rurociągi naftowe. Większość głównych producentów samochodów na świecie napotyka przy projektowaniu problemy związane z przepływem płynów, takie jak przepływ powietrza nad powierzchniami samochodowymi, z pomiarem siły nośnej, oporu, odchylenia i tarcia. Zazwyczaj tradycyjną analizę dynamiki płynów przeprowadza się za pomocą testów w tunelu aerodynamicznym, co jest kosztowne i czasochłonne, a ponadto wymaga dobrze wyszkolonych techników.

Pojawienie się technologii cyfryzacji 3D zrewolucjonizowało sposób analizy przepływu płynów, umożliwiając cyfrowe testy w tunelu aerodynamicznym. Miliony punktów danych przechwyconych przez bezkontaktowe digitizery 3D stanowią doskonałe źródło informacji do cyfrowej symulacji przepływu płynów i replikacji typowych analiz testów w tunelu aerodynamicznym, wielokrotnie zmniejszając koszty i skracając czas.

Wyzwanie

Aby przeprowadzić wydajną cyfrową analizę w tunelu aerodynamicznym, oprogramowanie CFD, takie jak PowerFlow^® firmy Exa, wymaga modeli polygonowych spełniających surowe wymagania w zakresie dokładności, topologii, rozmiaru itp. Jeszcze niedawno przygotowanie modelu do analizy CFD wymagało kilku etapów, zajmując nawet siedem dni pracy. Najpierw zdigitalizowana chmura punktów musiała zostać przekształcona w powierzchnie NURBS przy użyciu systemu oprogramowania do inżynierii odwrotnej. Otrzymane powierzchnie wczytywano do oprogramowania CAD i przeprowadzono kilka edycji, takich jak rekonstrukcja cech i usunięcie zbędnych szczegółów. Model CAD poddawano następnie teselacji przy użyciu innego pakietu oprogramowania, aby odtworzyć model siatki. W większości przypadków teselowany model polygonowy wymagał dodatkowych modyfikacji w celu osiągnięcia docelowej wartości 100 000 trójkątów niezbędnej do analizy CFD.

„PolyWorks oferuje proste rozwiązanie, które całkowicie zmieniło przygotowanie i optymalizację modeli polygonowych do analizy CFD” — mówi dr Hans-Peter Duwe z Duwe-3d w Niemczech. „PolyWorks proponuje szeroki zestaw narzędzi do edycji wielokątów, które pozwalają na rekonstrukcję krzywych cech, usuwanie zbyt szczegółowych cech i tworzenie zamkniętych modeli polygonowych, które można wykorzystywać bezpośrednio w PowerFlow firmy Exa. Wszystkie działania można przeprowadzić w ramach jednego rozwiązania programowego, co znacznie skraca czas i koszty analizy przepływu płynów” — dodaje.

Rozwiązanie

Kompletny zestaw narzędzi PolyWorks do optymalizacji modelu wielokątnego samochodu

1. Tworzenie modeli polygonowych

• Projektanci samochodów tworzą fizyczny model przy użyciu gliny lub innego podobnego kompozytu; rozmiar prototypu samochodu może być różny od pełnego rozmiaru o 1/2, 1/4, 1/10.
• Model z gliny jest w całości digitalizowany za pomocą digitizera 3D.
• Wielokrotne skany są następnie wyrównywane za pomocą fotogrametrii (w przypadku modelu pełnowymiarowego) lub przy użyciu unikalnej metody najlepszego dopasowania PolyWorks, która szybko wyrównuje skany przy użyciu cech geometrycznych obiektu (w przypadku mniejszych obiektów).
• Z wyrównanej chmury punktów jest tworzona siatka w programie PolyWorks i powstaje wysoce dokładny model polygonowy o liczbie 500 000–1 000 000 trójkątów i tolerancji rzędu 10–30 mikronów.

2. Edytowanie modeli polygonowych do CFD

A) Rekonstrukcja krzywych cech

Jednym z najważniejszych czynników wpływających na przepływ powietrza w danym modelu jest jakość jego krzywych cech. Ponieważ digitizery 3D nie są w stanie uchwycić ostrych krawędzi z dużą dokładnością, do rekonstrukcji konieczne jest przeprowadzenie edycji. PolyWorks oferuje potężne narzędzie, które wykrywa i śledzi krzywe cech i najlepsze dopasowanie teoretycznych ostrych krawędzi. Po wyodrębnieniu krzywych o ostrych krawędziach, można je przedłużyć i przeciąć, tworząc narożniki.

B) Wytworzenie zwartej i wodoszczelnej siatki wielokątów

Oto etapy stworzenia zwartego i wodoszczelnego modelu:

• Wypełnianie otworów powstałych w fazie digitalizacji:
  • PolyWorks oferuje różne narzędzia do wypełniania otworów w celu zamknięcia powierzchni modelu polygonowego. W przypadku otworów o małej i średniej złożoności użytkownicy mogą skorzystać z automatycznej metody wypełniania otworów, która płynnie interpoluje zakrzywione zestawy trójkątów w ramach określonej przez użytkownika odległości mostkowania 3D.
  • W przypadku większych i bardziej złożonych otworów użytkownicy mogą tworzyć złożone powierzchnie Béziera lub powierzchnie NURBS na szczycie modelu wielokątnego i wstawiać powierzchnie triangulowane podążające za krzywizną obiektu.

• Usuwanie zbędnych cech modelu:
  • Celem tego działania jest utrzymanie jak najmniejszej liczby trójkątów. Programy CFD takie jak PowerFlow firmy Exa są zoptymalizowane do przetwarzania modeli wielokątnych o wielkości do 100 000 trójkątów. Aby zmniejszyć liczbę trójkątów, użytkownicy mogą usunąć niepotrzebne trójkąty na szczegółowych obszarach modelu, takich jak rowki, pułapki powietrzne itp.
  • Użytkownik może następnie wykorzystać złożone powierzchnie Béziera lub powierzchnie NURBS, by zrekonstruować wielokąty w tych obszarach.

C) Wstawianie powierzchni CAD

• Części istniejącego modelu CAD można wstawić do wypełnienia elementów, takich jak podwozie, koła, przednia szyba, okna i otwory.
• Powierzchnie Béziera i NURBS można użyć do wypełnienia obszarów, dla których nie jest dostępny model CAD.

3. Zmniejszenie liczby trójkątów i optymalizacja orientacji trójkątów

Technologia adaptacyjnego tworzenia siatki w PolyWorks umożliwia tworzenie „inteligentnych” modeli polygonowych, zachowując wysoką rozdzielczość na krawędziach i zaokrągleniach, jednocześnie tworząc większe trójkąty w płaskich obszarach. Aby spełnić surowe wymagania Exa PowerFlow, model polygonowy powinien:

• Zawierać około 100 000 trójkątów
• Nie zawierać żadnych trójkątów o słabych współczynnikach kształtu (wysokość/podstawa)
• Posiadać trójkąty, których orientacja jest zgodna z krzywizną obiektu

PolyWorks oferuje zaawansowane techniki przygotowania modelu zapewniającego spełnienie tych wymagań. Użytkownicy mogą:

• Ustawić parametr redukcji jako docelową liczbę trójkątów
• Użyć maksymalnej długości krawędzi, aby zapobiec tworzeniu dużych trójkątów o słabych współczynnikach kształtu
• Określić kąt wykrywania krawędzi dla zachowania cech linii
• Wywołać algorytm optymalizacji siatki, który wyrównuje krawędzie trójkąta wzdłuż przepływu krzywizny