Analyse isogéométrique spatio-temporelle de l’aérodynamique des voitures et des pneus

Un modèle sophistiqué de mécanique des fluides a le vent en poupe |  Nouvelles du riz |  Actualités et relations avec les médias

Crédit : Université Rice

L’aérodynamique complexe autour d’une voiture en mouvement et de ses pneus est difficile à voir, mais pas pour certains ingénieurs en mécanique.

Les spécialistes de la dynamique des fluides de l’Université Rice et de l’Université Waseda à Tokyo ont développé leurs méthodes de simulation informatique au point qu’il est possible de modéliser avec précision des voitures en mouvement, jusqu’à l’écoulement autour des pneus roulants.

Les résultats sont là pour tous dans une vidéo produite par Takashi Kuraishi, chercheur associé au laboratoire de la George R. Brown School of Engineering de Tayfun Tezduyar, professeur James F. Barbour de génie mécanique et étudiant de l’ancien Kenji Takizawa. , professeur à Waseda et professeur auxiliaire à Rice.

“Il a intensifié la complexité de ses calculs, en commençant par un pneu autonome et en ayant maintenant le reste de la voiture”, a déclaré Tezduyar à propos de Kuraishi, qui a rejoint le laboratoire Rice en 2020 et est co-supervisé par Tezduyar et Takizawa.

La vidéo démontre également l’efficacité de la méthode NURBS Surface-to-Volume Guided Mesh Generation, une technique développée par l’équipe de simulation et de modélisation avancées des flux co-dirigée par Tezduyar et Takizawa pour modéliser la dynamique des flux autour et à travers des objets à géométrie complexe. NURBS signifie Non-Uniform Rational Basis Splines, une technique mathématique permettant de décrire des formes 3D et de fournir une analyse informatique des problèmes de mécanique des fluides et des structures impliquant de telles formes.

Une vidéo précédente d’un écoulement de fluide dans un cœur battant montrait le “travers”. La nouvelle simulation montre ce qui se passe réellement autour d’un objet en mouvement, dans ce cas l’activité extraordinaire autour d’un sujet commun. Ce qui complique le modèle, c’est le fait que les pneus sont en contact avec la route et se déforment en roulant.

“Nous avons affaire à des géométries de voitures et de pneus presque réelles”, a déclaré Tezduyar.






Crédit : Université Rice

Une description détaillée des méthodes et de la simulation automobile a été publiée le mois dernier dans la revue Mécanique computationnelle. Depuis, l’équipe Rice-Waseda a réalisé la vidéo pour donner vie aux illustrations.

“Connaître le comportement du flux d’air autour de la voiture et de ses pneus permettra de mieux comprendre leurs performances aérodynamiques”, a déclaré Kuraishi, qui a obtenu un diplôme de premier cycle, une maîtrise et un doctorat. diplômes à Waseda et y a passé un an en tant que chercheur postdoctoral avec Takizawa avant de venir à Houston. “Des simulations aussi sophistiquées sont importantes pour fournir des solutions réalistes et des réponses fiables en matière de conception et d’évaluation des performances.”

Tezduyar, dont le laboratoire a également modélisé des parachutes de récupération pour les capsules Orion de la NASA, a déclaré que l’utilisation des NURBS dans l’analyse informatique a considérablement augmenté ces dernières années, combinant efficacité et précision en réduisant le nombre de points de “maillage” nécessaires pour modéliser un système. Considérez le maillage comme un filet de fluide (comme l’air) autour d’un objet, les points du maillage vivant dans des “éléments” 3D. Les points et les éléments se déplacent lorsque l’objet se déplace.

Dans un modèle de voiture en mouvement, l’analyse de flux de calcul avec NURBS a été réalisée avec environ 1,1 million de points, une fraction du nombre utilisé dans les méthodes habituelles, tout en conservant sa précision. Cela réduit également le coût de calcul, a déclaré Tezduyar.

“Nous avons un maillage 3D autour de la voiture et des pneus, avec plus de points près des surfaces des pneus pour une plus grande précision là où cela compte le plus”, a-t-il déclaré. “Lorsque le pneu tourne, les points et les éléments tournent avec lui, mais le problème est que lorsque le pneu tourne, les éléments se déplaçant sous le pneu s’effondrent – et c’est ce que les autres méthodes ne peuvent pas gérer. Notre méthode le fait, et il est essentiel de obtenir une simulation précise.”

Comme pour l’étude sur le cœur, Tezduyar a déclaré que son équipe était impatiente de collaborer avec les scientifiques et l’industrie pour modéliser des systèmes complexes, notamment des pneus et des véhicules.

“Au fil du temps, naturellement, de nouvelles conceptions de pneus ou des améliorations seront envisagées”, a-t-il déclaré. “Il serait très avantageux pour les fabricants de pneus de faire ce type de simulation avant d’investir dans la génération d’un prototype, car cela leur donnerait des données numériques complètes et détaillées sur l’aérodynamique autour du pneu qu’il serait difficile d’obtenir autrement. ”


La simulation montre comment le sang circule dans le cœur


Plus d’information:
Takashi Kuraishi et al, Analyse isogéométrique spatio-temporelle de l’aérodynamique des voitures et des pneus avec contact avec la route et déformation et rotation des pneus, Mécanique computationnelle (2022). DOI : 10.1007 / s00466-022-02155-0

Fourni par l’Université Rice

Citation: Modèle sophistiqué de mécanique des fluides : Analyse isogéométrique spatio-temporelle de l’aérodynamique des voitures et des pneus (12 mai 2022) récupéré le 12 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-sophisticated-fluid-mechanics-spacetime-isogeometric .html

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