Audi, BMW, DaimlerChrysler и Renault

Революция в мире анализа гидродинамики

Audi, BMW, DaimlerChrysler и Renault используют PolyWorks®, чтобы сократить время на анализ CFD до 83%. 

Крупные производители автомобилей обратились к технологии полигонального моделирования PolyWorks, чтобы добиться значительного снижения затрат для своих анализов гидродинамики. Узнайте, как уникальные инструменты, предлагаемые PolyWorks, позволили Audi, BMW, DaimlerChrysler и Renault сократить время, необходимое для подготовки полигональной модели для CFD, с семи дней до одного дня.

Анализ гидродинамики - это исследование того, как текучие среды, такие как воздух, жидкости и газы, движутся внутри и вокруг твердых объектов, таких как крылья самолета, кузова автомобиля или нефтепроводы. Большинство автопроизводителей по всему миру сталкиваются с проблемами при выполнении конструкторских работ, включая воздушный поток над автомобильными поверхностями, измеряющий подъем, сопротивление, угол скольжения и трение. Как правило, традиционный анализ гидродинамики проводится с помощью испытаний в аэродинамической трубе, дорогостоящей и трудоемкой операции, требующей хорошо подготовленных технических специалистов. 

Появление технологии трехмерной оцифровки произвело революцию в способе анализа гидродинамики, открыв дверь для «цифрового тестирования в аэродинамической трубе». Миллионы точек данных, получаемых бесконтактными трехмерными цифровыми преобразователями, представляют собой превосходный источник информации для цифрового моделирования гидродинамики и воспроизведения типичного анализа испытаний в аэродинамической трубе с минимальными затратами денежных средств и времени. 

Задача

Для выполнения эффективного цифрового анализа в аэродинамической трубе программы для CFD, такие как Power-Flow® от компании Exa, должны использовать полигональные модели, которые соответствуют строгим требованиям в отношении точности, топологии, размера и т. д. Не так давно для подготовки модели к анализу CFD требовалось несколько шагов, что могло занять до семи дней работы. Во-первых, оцифрованное облако точек должно было быть преобразовано в NURBS-поверхности с использованием системы программного обеспечения для обратного проектирования. Полученные поверхности загружались в программное обеспечение CAD, и проводилось несколько операций редактирования, таких как перестройка элементов и удаление ненужных деталей. Затем модель CAD должна была быть тесселирована с помощью другого программного пакета, чтобы воссоздать сетчатую модель. В большинстве случаев эта тесселированная полигональная модель требовала других модификаций для достижения цели в 100 000 треугольников, необходимой для анализа CFD. 

«PolyWorks предлагает простой подход, который радикально изменил подготовку и оптимизацию полигональных моделей для анализа CFD, - сказал доктор Ханс-Петер Дюве из Duwe-3d в Германии. - PolyWorks предлагает широкий набор инструментов для редактирования полигонов, которые позволяют нам реконструировать кривые элементов, удалять чрезмерно детализированные объекты и создавать закрытые полигональные модели, которые можно использовать непосредственно в Exa PowerFlow. Все операции могут выполняться в одном программном решении, что значительно сокращает время и стоимость анализа гидродинамики», - продолжил он.

Решение

Полный набор инструментов PolyWorks для оптимизации полигональной модели автомобиля 

1. Создайте многоугольную модель 

• Дизайнеры автомобилей создают физическую модель, используя глину или другой аналогичный композит; прототип автомобиля может варьироваться от полноразмерного до репродукции в масштабе 1/2, 1/4, 1/10
• Глиняная модель полностью оцифровывается с помощью 3D-преобразователя 
• Затем многочисленные сканы выравнивают с помощью фотограмметрии (для полноразмерной модели) или с использованием уникального метода оптимального совмещения PolyWorks, который быстро выравнивает сканы, используя геометрические элементы объекта (для более мелких объектов) 
• Выровненное облако точек объединяется в PolyWorks, и создается высокоточная полигональная модель, насчитывающая от 500 000 до 1 000 000 треугольников и имеющая допуск от 10 до 30 мкм 

2. Редактируйте многоугольную модель для CFD 

A) Реконструирование кривых элементов 

Одним из наиболее важных факторов, влияющих на воздушный поток модели, является качество кривых ее элементов. Поскольку 3D-преобразователи не могут захватывать острые края с большой точностью, для реконструкции необходимо выполнить редактирование. PolyWorks предлагает мощный инструмент, который обнаруживает и отслеживает кривые элементов и наилучшим образом подгоняет теоретические острые края. После того как кривые с острыми краями были извлечены, их можно удлинить и пересечь для создания углов. 

Б) Создание компактной и водонепроницаемой полигональной сетки 

Вот шаги, необходимые для того, чтобы создать компактную и водонепроницаемую модель:

• Заполнение отверстий, образовавшихся на этапе оцифровки:
  • PolyWorks предлагает различные инструменты для заполнения отверстий, чтобы закрыть поверхность полигональной модели. Для отверстий малой и средней сложности пользователи могут полагаться на метод автоматического заполнения отверстий, который плавно интерполирует изогнутые наборы треугольников в пределах заданного пользователем расстояния трехмерного минимального шага 
  • Для больших и более сложных отверстий пользователи могут создавать составные поверхности Безье или поверхности NURBS поверх полигональной модели и вставлять триангулированные поверхности, которые повторяют кривизну объекта 

• Удаление ненужных элементов модели:
  • Цель этой операции - сохранить как можно меньшее количество треугольников. Программное обеспечение CFD, такое как PowerFlow от компании Exa, оптимизировано для обработки полигональных моделей, включающих до 100 000 треугольников. Чтобы уменьшить количество треугольников, пользователи могут удалить ненужные треугольники на детализированных участках модели, таких как канавки, дефекты поверхности, вызываемые воздухом, и т. д. 
  • Затем пользователь может использовать составные поверхности Безье или поверхности NURBS для восстановления полигонов в этих областях

В) Вставка поверхностей CAD

• Детали из существующей модели CAD можно вставлять для заполнения элементов, таких как днище, колеса, лобовое стекло, окна и фары 
• Поверхности Безье и поверхности NURBS можно использовать для заполнения областей, для которых CAD недоступна

3. Уменьшите количество треугольников и оптимизируйте ориентацию треугольников

Технология адаптивного построения сеток PolyWorks позволяет создавать «интеллектуальные» полигональные модели, сохраняя высокое разрешение по краям и скруглениям, создавая при этом большие треугольники на плоских участках. Чтобы соответствовать строгим требованиям Exa PowerFlow, полигональная модель должна: 

• Содержать примерно 100 000 треугольников 
• Не содержать треугольников с плохим соотношением сторон (высота/основание) 
• Иметь треугольники, ориентация которых соответствует кривизне объекта 
   

PolyWorks предлагает передовые методы для подготовки модели, отвечающей этим требованиям. Пользователи могут:

• Установить параметр уменьшения как целевое количество треугольников 
• Использовать максимальную длину кромки, чтобы предотвратить создание больших треугольников с плохим соотношением сторон 
• Указать угол обнаружения края для сохранения характерных линий
• Запустить алгоритм оптимизации сетки, который выравнивает ребра треугольника вдоль потока кривизны