La simulación por computadora modela con precisión automóviles en movimiento

Los especialistas en dinámica de fluidos de la Universidad de Rice y la Universidad de Waseda en Tokio han desarrollado sus métodos de simulación por computadora hasta el punto en que es posible modelar con precisión automóviles en movimiento, hasta el flujo alrededor de los neumáticos rodando.

Los resultados están ahí para que todos los vean en un video producido por Takashi Kuraishi, investigador asociado en el laboratorio de Tayfun Tezduyar, profesor de Ingeniería Mecánica James F. Barbour.

“Ha aumentado la complejidad de sus cálculos, comenzando con una llanta independiente y ahora con el resto del auto”, dijo Tezduyar sobre Kuraishi, quien se unió al laboratorio de Rice en 2020.

El video también demuestra la eficacia del método NURBS de generación de mallas guiadas de superficie a volumen, una técnica desarrollada por el equipo de modelado y simulación de flujo avanzado codirigido por Tezduyar y Takizawa para modelar la dinámica de flujo alrededor y a través de objetos de geometría compleja. NURBS significa Non-Uniform Rational Basis Splines, una técnica matemática para describir formas 3D y proporcionar análisis computacional de problemas de mecánica estructural y de fluidos que involucran tales formas.

Lo que complica el modelo es el hecho de que los neumáticos están en contacto con la carretera y se deforman a medida que ruedan. "Estamos lidiando con geometrías de automóviles y neumáticos casi reales", dijo Tezduyar.

El mes pasado se publicó una descripción detallada de los métodos y la simulación del automóvil en la revista Computational Mechanics. . Desde entonces, el equipo de Rice-Waseda hizo el video para dar vida a las ilustraciones.

“Conocer el comportamiento del flujo de aire alrededor del automóvil y sus neumáticos conducirá a una mejor comprensión de su rendimiento aerodinámico”, dijo Kuraishi. “Las simulaciones tan sofisticadas son importantes para brindar soluciones realistas y respuestas confiables en el diseño y la evaluación del desempeño”.

Tezduyar, cuyo laboratorio también modeló paracaídas de recuperación para las cápsulas Orion de la NASA, dijo que el uso de NURBS en el análisis computacional ha crecido drásticamente en los últimos años, combinando eficiencia y precisión al reducir la cantidad de puntos de malla necesarios para modelar un sistema. Piense en la malla como una red de un fluido, como el aire, alrededor de un objeto, con los puntos de la malla viviendo en elementos 3D. Los puntos y elementos se mueven cuando el objeto se mueve.

En un modelo de un automóvil en movimiento, el análisis de flujo computacional con NURBS se logró con alrededor de 1,1 millones de puntos, una fracción del número utilizado en los métodos habituales, manteniendo su precisión. Eso también reduce el costo computacional, dijo Tezduyar.

“Tenemos una malla 3D alrededor del automóvil y los neumáticos, con más puntos cerca de las superficies de los neumáticos para una mayor precisión donde más importa”, dijo. “A medida que la llanta gira, los puntos y los elementos giran con ella, pero el problema es que a medida que la llanta gira, los elementos que se mueven debajo de la llanta colapsan, y esto es lo que otros métodos no pueden manejar. Nuestro método lo hace, y es clave para obtener una simulación precisa”.

“A medida que pase el tiempo, naturalmente, se considerarán nuevos diseños de neumáticos o mejoras”, dijo. “Sería muy beneficioso para los fabricantes de neumáticos realizar este tipo de simulación antes de invertir en la generación de un prototipo, porque les daría datos numéricos completos y detallados sobre la aerodinámica alrededor del neumático que serían difíciles de obtener de otra manera. ”