Multi-fyzikální simulace bočního zrcátka automobilu v ANSYS AIM

Tags: AIM | Analýzy | ANSYS | FEM | Fyzika | Ohřev | Simulace | SVS FEM

Sdružené multi-fyzikální úlohy jsou v současnosti běžně řešenou problematikou v automobilovém průmyslu. Do této oblasti spadá i návrh bočního zrcátka automobilu. V rámci jednotného uživatelského prostředí ANSYS AIM 17.2 umožňuje řešit úlohy z fyzikálních oblastí, jako např. jsou odvod tepla při procesu rozmrazovaní zrcátka, přechodový stav ohřevu sklíčka, ustálený stav eklektického potenciálu vodiče ohřevu, dynamické charakteristiky konstrukce sestavené z více materiálů, tlakové pole působící na vnější povrch vlivem pojezdu automobilu a další.

Návrh zrcátka
Je známou pravdou, že numerické simulace nedokáží v současnosti plně nahradit testovaní nutné pro vytvoření návrhů s požadovanou spolehlivostí. Snahou firmy ANSYS je tyto náklady opět snížit o úroveň níže za pomocí nově uvolněného produktu AIM navrženého na provádění multi-fyzikálních numerických simulací. Nové moderní jednotné prostředí pro přípravu a vyhodnocení různých fyzikálních úloh přináší uživateli možnost provádět výpočty na virtuálních prototypech navrhované konstrukce numericky se sníženými nároky na učení se různých mnohdy složitých programů. Zpětné boční zrcátko automobilu je dobrým příkladem návrhu, který se neobejde bez výpočtů z různých fyzikálních oblastí.

Analýza proudění tekutin
Pomocí AIM bylo řešeno ustálené proudění vzduchu v okolí zrcátka. Úloha byla počítána na symetrické polovině oblasti okolí celého automobilu. Získané airo-dynamické tlaky byly použity pro další konstrukční výpočty.

Statická a modální analýza
Dále bylo přistoupeno k řešení středního (statického) stavu mechanické konstrukce zrcátka při okrajové podmínce tlakového pole získaného automatického mapování sil z předchozích výpočtů proudění. Výsledkem jsou pole napětí a deformací pro jednotlivé konstrukční části zrcátka. Pro odhad dynamického chování bylo vyčísleno několik vlastních frekvencí a tvarů kmitu pomocí modální analýzy.

Přenos tepla prouděním a vedením
Na základě analýzy proudění okolního vzduchu včetně přenosu tepla bylo vypočítáno rozložení přestupu tepla na povrchu sklíčka zrcátka. Bylo užito předpokladu jednoho stupně Kelvina jako rozdíl teploty povrchu zrcátka a teploty okolního proudícího vzduchu.

Příprava geometrie
Geometrický modelář SpaceClaim, který je integrovaný do prostředí AIM, byl užit na přípravu geometrie pro všechny řešené úlohy. Zde je vidět ukázka importovaní rastrového obrázku a jeho zarovnání ke zvolené geometrii. Následně je pak jednoduché vytvořit křivky odpovídající např. konturám pole přestupu tepla. Takto upravená geometrie sloužila pro zadání nerovnoměrného pole součinitele přestupu tepla v následujících výpočtech.

Vedení elektrického proudu a tepla
Ustálené vedení elektrického proudu na tištěném vodiči na zadní straně sklíčka zrcátka sloužící pro ohřev při rozmrazování bylo řešeno současně s úlohou vedení tepla. Odvod tepla byl zajištěn nerovnoměrnou okrajovou podmínkou, která byla získána na základě proudění v okolí zrcátka.

Parametrické studie
Pro představu jednotlivých závislostí, jako například velikost přestupu tepla na rychlosti automobilu, AIM nabízí nejen možnost provádět parametrické studie. Jednotlivé návrhové body např. různá vstupní rychlost automobilu, lze jednoduše přímo přepínat a následně vyhodnocovat. Parametrizované modely mohou být následně užity pro také i pro optimalizační výpočty.

Přechodové vedení tepla
Výpočet přechodového vedení tepla umožňuje dát představu o rychlosti ohřevu, tedy o časovém vývoji teplotního pole v závislosti na různé rychlosti automobilu. Výsledky výpočtů např. ukazují, zda vstupní výkon je dostatečný, nebo které části zrcátka budou odmrazena jako první.

Závěry
Boční zpětné zrcátko navržené SVS FEM, s. r. o., pro účel ukázkových úloh software AIM je typickou multi-fyzikální úlohou řešenou v automobilovém průmyslu. Jednotné intuitivné prostředí dokáže v současnosti pojmout velkou šíři řešených inženýrských problémů. Začátkem roku 2017 bude uvolněna verze 18.0 v rámci, které AIM dostane plnou podporu výpočtů přechodových dějů v oblasti proudění tak i strukturálních a teplotních výpočtů a tím posune tento software na nejvyšší úroveň.

Video najdete na youtu.be/HSvlHkfshW4.

Další videa kanálu SVS FEM najdete na www.youtube.com/svsfem.