Simulação por computador modela com precisão carros em movimento

Especialistas em dinâmica de fluidos da Rice University e da Waseda University, em Tóquio, desenvolveram seus métodos de simulação de computador ao ponto em que é possível modelar com precisão carros em movimento, até o fluxo em torno dos pneus rolantes.

Os resultados estão à disposição de todos em um vídeo produzido por Takashi Kuraishi, pesquisador associado no laboratório de Tayfun Tezduyar, o professor James F. Barbour de Engenharia Mecânica.

“Ele está aumentando a complexidade de seus cálculos, começando com um pneu autônomo e agora com o resto do carro”, disse Tezduyar sobre Kuraishi, que ingressou no laboratório Rice em 2020.

O vídeo também demonstra a eficácia do método NURBS Surface-to-Volume Guided Mesh Generation, uma técnica desenvolvida pelo Team for Advanced Flow Simulation and Modeling co-liderado por Tezduyar e Takizawa para modelar a dinâmica do fluxo ao redor e através de objetos de geometria complexa. NURBS significa Non-Uniform Rational Basis Splines, uma técnica matemática para descrever formas 3D e fornecer análise computacional de problemas de mecânica de fluidos e estruturais envolvendo tais formas.

Para complicar o modelo está o fato de os pneus estarem em contato com a estrada e se deformarem ao rolar. “Estamos lidando com geometrias de carros e pneus quase reais”, disse Tezduyar.

Uma descrição detalhada dos métodos e da simulação do carro foi publicada no mês passado na revista Computational Mechanics . Desde então, a equipe Rice-Waseda fez o vídeo para dar vida às ilustrações.

“Conhecer o comportamento do fluxo de ar ao redor do carro e seus pneus levará a uma melhor compreensão de seu desempenho aerodinâmico”, disse Kuraishi. “Simulações tão sofisticadas são importantes para fornecer soluções realistas e respostas confiáveis ​​em design e avaliação de desempenho.”

Tezduyar, cujo laboratório também modelou pára-quedas de recuperação para as cápsulas Orion da NASA, disse que o uso de NURBS em análise computacional cresceu dramaticamente nos últimos anos, combinando eficiência e precisão ao reduzir o número de pontos de malha necessários para modelar um sistema. Pense na malha como uma rede de um fluido – como o ar – em torno de um objeto, com os pontos da malha vivendo em elementos 3D. Os pontos e elementos se movem quando o objeto se move.

Em um modelo de um carro em movimento, a análise computacional de fluxo com NURBS foi alcançada com cerca de 1,1 milhão de pontos, uma fração do número usado em métodos usuais, mantendo sua precisão. Isso também reduz o custo computacional, disse Tezduyar.

“Temos uma malha 3D ao redor do carro e dos pneus, com mais pontos próximos às superfícies dos pneus para maior precisão onde é mais importante”, disse ele. “À medida que o pneu gira, os pontos e os elementos giram com ele, mas o problema é que, à medida que o pneu gira, os elementos que se movem sob o pneu colapsam – e é isso que outros métodos não conseguem lidar. Nosso método sim, e é fundamental para obter uma simulação precisa.”

“Com o passar do tempo, naturalmente, novos projetos de pneus ou melhorias serão considerados”, disse ele. “Seria muito benéfico para os fabricantes de pneus fazer esse tipo de simulação antes de investir na geração de um protótipo, porque forneceria dados numéricos abrangentes e detalhados sobre a aerodinâmica ao redor do pneu que seriam difíceis de obter de outra forma. ”