Сложная аэродинамика вокруг движущегося автомобиля и его шин трудно разглядеть, но только не для некоторых инженеров-механиков.
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 для всеобщего обозрения в видео, снятом Такаси Кураиши, научным сотрудником инженерной лаборатории Джорджа Р. Брауна Тайфуна Тездуяра, профессором машиностроения имени Джеймса Ф. Барбура, и учеником выпускника Кендзи Такидзавы. , профессор Васэда и адъюнкт-профессор Райса.
«Он усложнял свои расчеты, начиная с отдельной шины и заканчивая остальной частью автомобиля», — сказал Тездуяр о Кураиши, который присоединился к лаборатории Rice в 2020 году и находится под совместным руководством Тездуяра и Такидзавы.
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 механики конструкций, включающих такие формы.
Более раннее видео потока жидкости в бьющемся сердце показало «сквозь». Новая симуляция показывает, что на самом деле происходит вокруг движущегося объекта, в данном случае необычайную активность вокруг обычного объекта. Усложняет модель тот факт, что шины соприкасаются с дорогой и деформируются при качении.
«Мы имеем дело с почти реальной геометрией автомобиля 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 Кураиши, получивший степень бакалавра, магистра и доктора философии. получил степень в Васэда и провел год в качестве постдокторанта вместе с Такидзавой, прежде чем приехать в Хьюстон. «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 сети жидкости (например, воздуха) вокруг объекта, с точками сетки, живущими в трехмерных «элементах». Точки и элементы перемещаются вместе с перемещением объекта.
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 — и это то, с чем другие методы не справляются. Наш метод справляется, и это ключ к получить точную симуляцию».
Как и в случае с исследованием сердца, Тездуяр сказал, что их команда стремится сотрудничать с учеными и промышленностью для моделирования сложных систем, включая шины и транспортные средства.
«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. »
