Компьютерное моделирование точно моделирует движущиеся автомобили

Специалисты по гидродинамике из Университета Райса и Университета Васэда в Токио усовершенствовали свои методы компьютерного моделирования до такой степени, что стало возможным точно моделировать движущиеся автомобили, вплоть до обтекания катящихся шин.

Результаты доступны всем для просмотра в видео произведено Такаши Кураиси, научным сотрудником лаборатории Тайфуна Тездуяра, профессора машиностроения имени Джеймса Ф. Барбура.

«Он усложнял свои расчеты, начиная с отдельной шины и заканчивая остальной частью автомобиля», — сказал Тездуяр о Кураиши, который присоединился к лаборатории Райса в 2020 году.

Видео также демонстрирует эффективность метода управляемой генерации сетки NURBS Surface-to-Volume, метода, разработанного группой Advanced Flow Simulation and Modeling под руководством Тездуяра и Такидзавы для моделирования динамики потока вокруг и через объекты сложной геометрии. NURBS расшифровывается как Non-Uniform Rational Basis Splines, математический метод описания трехмерных форм и обеспечения вычислительного анализа задач гидромеханики и строительной механики, включающих такие формы.

Усложняет модель тот факт, что шины соприкасаются с дорогой и деформируются при качении. «Мы имеем дело с практически реальными геометриями автомобилей и шин, – – сказал Тездуяр.

Подробное описание методов и моделирования автомобиля было опубликовано в прошлом месяце в журнале Computational Mechanics. . С тех пор команда Райс-Васеда сделала видео, чтобы оживить иллюстрации.

«Знание поведения воздушного потока вокруг автомобиля и его шин поможет лучше понять их аэродинамические характеристики», — сказал Кураиси. «Такое сложное моделирование важно для предоставления реалистичных решений и надежных ответов при проектировании и оценке производительности».

Тездуяр, чья лаборатория также смоделировала спасательные парашюты для капсул НАСА «Орион», сказал, что использование NURBS в вычислительном анализе резко возросло в последние годы, сочетая эффективность и точность за счет уменьшения количества точек сетки, необходимых для моделирования системы. Думайте о сетке как о сетке жидкости — например, воздуха — вокруг объекта, с точками сетки, живущими в 3D-элементах. Точки и элементы перемещаются вместе с объектом.

В одной модели движущегося автомобиля вычислительный анализ потока с помощью NURBS был выполнен с использованием около 1,1 миллиона точек, что является частью числа, используемого в обычных методах, при сохранении его точности. По словам Тездуяра, это также снижает вычислительные затраты.

«У нас есть трехмерная сетка вокруг автомобиля и шин, с большим количеством точек вблизи поверхностей шин для более высокой точности там, где это важнее», — сказал он. «По мере вращения шины точки и элементы вращаются вместе с ней, но проблема в том, что при вращении шины элементы, движущиеся под шиной, разрушаются — а это то, с чем другие методы не справляются. Наш метод работает, и это ключ к точному моделированию».

«Со временем, естественно, будут рассмотрены новые конструкции или усовершенствования шин», — сказал он. «Производителям шин было бы очень полезно провести такое моделирование до того, как они инвестируют в создание прототипа, потому что это дало бы им исчерпывающие и подробные числовые данные об аэродинамике вокруг шины, которые было бы трудно получить каким-либо другим способом. ”