Hodnocení odolnosti s využitím MBD/CFD co-simulace

Tags: Altair | CFD | Doprava | MBD/CDF | simulace pohybu

Simulace pohybu více tělesových soustav (Multi-body Dynamics) nachází uplatnění v téměř většině oblastí, ve kterých dochází k pohybu mechanických částí, jako jsou automobilová a železniční doprava, stavební stroje, průmyslové stroje, letadlová doprava, spotřební zboží, elektromagnetické systémy – tento seznam může pokračovat prakticky do nekonečna. Zatímco rozsah pohybů, velikost částí konstrukce a rozsah sil vznikajících při pohybu se velmi liší, ve všech případech musí konstruktér porozumět míře vlivu jednotlivých sil na celou soustavu těles. A samozřejmě i zpětné vazbě. Abychom byli schopni tyto případy simulovat, je nutné mít solver, který je rychlý, přesný, robustní a uživatelsky přátelský.

MotionSolve je silný multi-disciplinární řešič, který je založen na nejpřesnějších numerických metodách a technikách škálovatelných rovnic. MotionSolve nabízí širokou sadu modelovacích prvků, u kterých je možné zadávat definice reálných vlastností těchto prvků.

Použití CFD (Computational Fluid Dynamics) v procesu vývoje nových produktů pomáhá inženýrům analyzovat a zlepšovat vlastnosti dílů a sestav namáhaných aerodynamickým zatěžováním. Chceme-li provést analýzu složité konstrukce, je nutné využít výkonný CAE nástroj schopný obsáhnout potřebné kroky jako je modelování, výpočet a vyhodnocení výsledků. Jedním z možných nástrojů je i řešič AcuSolve, který je stejně jako MotionSolve z balíku programů HyperWorks od firmy Altair Engineering. AcuSolve je založen na speciální formulaci konečně-prvkové sítě, a to GLS (Galerkin/Least-Squares), která snadno zvládá řešení náročných průmyslových problémů. Vynikající stabilita a přesnost jsou pravidelně ověřovány matematicky, ale hlavně poznatky z praxe.

Nová schopnost MBD/CFD co-simulace má významné výhody, jako jsou např.:

1) AcuSolve má výborné nástroje pro řešení FSI (Fluid-Structure Interactions) a je schopen používat CDMM (Calculation Domain Moving Method), viz. obr.1

Obr. 1

2) Při MBD/CFD co-simulaci dochází k vzájemné výměně informací o velikosti sil z AcuSolve a posuvů z MotionSolve přes komunikační rozhraní, viz obr. 2.

Obr. 2

3) Tento nástroj je schopen využívat rozdílné intervaly času výpočtů MotionSolve a AcuSolve. Příkladem může být změna dráhy jízdy osobního automobilu, ukázaná na obrázku níže.

Obr. 3

Na výsledcích uvedených níže je zobrazen průběh chování proudícího vzduchu působícího na automobil.

V prvé řadě není složité si uvědomit, že úhly vybočení a bočního náklonu nejsou vnějšími aerodynamickými silami výrazně ovlivněny. Naopak úhel kolébání vozu je těmito silami výrazně ovlivněn a při působení na vůz dochází ke kmitání a frekvence tohoto kmitání je úměrná kmitočtu odlupování proudu vzduchu od povrchu vozu.

MBD/CFD co-simulaci můžeme označit jako nástroj, který je schopný předpovědět reálné chování 4 kolového vozu ovlivněné aerodynamickými silami. Je zvykem simulovat toto chování pouze MBD řešičem nebo kombinací MBD řešiče a koeficientů aerodynamických sil, které byly vypočteny pro ustálený stav. Tyto přístupy však nepostačují k postihnutí reálného chování vozu.

Metoda CDMM může výrazně snížit celkový výpočtový čas oproti výpočtu bez CDMM. S využitím CDMM je tým Shinji Shibana schopný simulovat reálné chování vozu např. při testovací jízdě po dálnici mezi Tokiem a Osakou. Již nyní byla provedena celá řada výpočtů pro reálné vozidlo, jejichž výsledky byly použity při efektivnějším návrhu nového vozu.