Audi, BMW, DaimlerChrysler e Renault

Uma revolução no mundo da análise da dinâmica de fluidos 

As empresas Audi, BMW, DaimlerChrysler e Renault escolhem o PolyWorks® para reduzir o tempo da análises CFD (fluidodinâmica computacional) em até 83%. 

Os principais fabricantes de automóveis escolheram a tecnologia de modelagem poligonal do PolyWorks para obter reduções de custo significativas nas análises da dinâmica de fluidos. Descubra como as ferramentas exclusivas que o PolyWorks oferece permitiram que a Audi, BMW, DaimlerChrysler e Renault reduzissem o tempo necessário para preparar um modelo poligonal pronto para CFD de sete dias para somente um dia.

A análise do fluxo de fluidos é o estudo de como os fluidos, como o ar, líquidos e gases movem-se dentro e ao redor de objetos sólidos, como asas de aviões, corpos de carros ou oleodutos. A maioria dos principais fabricantes de automóveis em todo o mundo enfrenta problemas de fluxo de fluidos em seu trabalho de design, como o fluxo de ar sobre as superfícies dos automóveis, a medição da sustentação, arrasto, arfagem e fricção. Normalmente, a análise de dinâmica dos fluidos tradicional é realizada por meio de ensaios em túnel de vento, uma operação dispendiosa e demorada que requer técnicos muito bem treinados. 

O surgimento da tecnologia de digitalização 3D revolucionou a maneira de analisar o fluxo dos fluidos, pois abriu a porta para o “Ensaio Digital em Túnel de Vento”. Os milhões de pontos de dados capturados pelos digitalizadores 3D sem contato representam uma excelente fonte de informações para simular digitalmente o fluxo dos fluidos e reproduzir análises típicas de ensaios em túnel de vento a um custo mínimo e muito mais rapidamente.  

O desafio

Para realizar uma análise digital poderosa em túnel de vento, o software de CFD, como o PowerFlow® da Exa, requer modelos poligonais que satisfaçam requisitos rígidos em termos de precisão, topologia, tamanho, etc. Há pouco tempo, eram necessárias várias etapas para preparar o modelo para a análise CFD, um processo que poderia exigir até sete dias de trabalho. Primeiro, a nuvem de pontos digitalizados tinha que ser transformada em superfícies NURBS usando um sistema de software de engenharia reversa. As superfícies resultantes eram carregadas no software CAD e eram realizadas várias operações de edição, como a reconstrução de entidades geométricas e a remoção de detalhes desnecessários. O modelo CAD tinha que ser triangulado com o uso de outro pacote de software para recriar um modelo em malha. Na maioria das vezes, este modelo poligonal triangulado precisava de outras modificações para atingir a meta de 100.000 triângulos necessária para a análise CFD. 

“O PolyWorks oferece uma abordagem direta que mudou de maneira drástica a preparação e otimização dos modelos poligonais para a análise CFD”, disse o Dr. Hans-Peter Duwe da Duwe-3d na Alemanha. O PolyWorks oferece um amplo conjunto de ferramentas de edição de polígonos que nos permitem reconstruir curvas de entidades geométricas, remover entidades geométricas excessivamente detalhadas e criar modelos poligonais fechados que podem ser usados diretamente no PowerFlow da Exa. Todas as operações podem ser realizadas em uma única solução de software, o que reduz significativamente o tempo e os custos da análise do fluxo dos fluidos”, continuou ele.

A solução

O Conjunto de Ferramentas Completo do PolyWorks para otimizar o modelo poligonal de um automóvel 

1. Criar o modelo poligonal 

• Os designers dos automóveis criam um modelo físico usando argila ou outro material composto semelhante; o tamanho do protótipo do carro pode variar do tamanho real a reproduções de 1/2, 1/4, 1/10 do tamanho real 
• O modelo de argila é totalmente digitalizado usando um digitalizador 3D 
• As várias digitalizações são subsequentemente alinhadas por fotogrametria (para modelos em tamanho real) ou usando o método best-fit exclusivo do PolyWorks que alinha rapidamente as digitalizações usando as entidades geométricas do objeto (para objetos menores) 
• A nuvem de pontos alinhados é transformada em malha no PolyWorks e um modelo poligonal de alta precisão é criado com 500.000 a 1.000.000 de triângulos e uma tolerância que varia de 10 a 30 mícrons 

2. Editar o modelo poligonal para CFD 

A) Reconstruindo curvas de entidades geométricas 

Um dos fatores mais importantes que influenciam o fluxo de ar de um modelo é a qualidade das curvas de suas entidades geométricas. Como os digitalizadores 3D não podem capturar cantos vivos com grande precisão, precisa ser realizado um trabalho de edição para ser feita a reconstrução. O PolyWorks oferece uma ferramenta poderosa que detecta e rastreia curvas de entidades geométricas e cantos vivos teóricos de best-fits. Após a extração das curvas dos cantos vivos, elas podem ser estendidas e entrecruzadas para criar cantos. 

B) Criar uma malha poligonal compacta e impermeável 

Aqui estão as etapas para você criar um modelo compacto e impermeável:

• Preenchimento de furos produzidos durante a fase de digitalização:
  • O PolyWorks oferece várias ferramentas de preenchimento de furos para fechar a superfície de um modelo poligonal. Para furos de pequena e média complexidade, o usuário usar um método de preenchimento automático que interpola suavemente conjuntos curvos de triângulos dentro de uma distância 3D definida pelo usuário
  • Para furos maiores e mais complexos, o usuário pode criar superfícies compostas de Bézier ou superfícies NURBS no alto do modelo poligonal e inserir superfícies trianguladas que seguem a curvatura do objeto 

• Excluindo entidades geométricas desnecessárias do modelo:
  • O objetivo desta operação é manter o número de triângulos o mais baixo possível. O software de CFD, como o PowerFlow da Exa, é otimizado para processar modelos poligonais com até 100.000 triângulos. Para reduzir o número de triângulos, o usuário pode remover os triângulos desnecessários de áreas altamente detalhadas do modelo, como ranhuras, bolhas de ar, etc. 
  • Depois disso, o usuário pode usar superfícies compostas de Bézier ou superfícies NURBS para reconstruir os polígonos nessas áreas

C) Inserindo superfícies CAD

• Partes de um modelo CAD existente podem ser inseridas para preencher elementos como a parte inferior do copro do carro, rodas, para-brisa, janelas e luzes
• Superfícies Bézier e superfícies NURBS podem ser usadas para preencher as áreas para as quais nenhum CAD está disponível

3. Reduzir o número de triângulos e otimizar a orientação dos triângulos

A tecnologia de malha adaptativa do PolyWorks permite a criação de modelos poligonais “inteligentes”, preservando a alta resolução sobre as arestas e filetes, enquanto cria triângulos maiores em áreas planas. Para satisfazer os requisitos rígidos do PowerFlow da Exa, um modelo poligonal deve: 

• Conter aproximadamente 100.000 triângulos
• Não conter triângulos com proporções (razões do aspecto) de má qualidade (altura/base) 
• Ter triângulos cuja orientação segue a curvatura do objeto 

O PolyWorks oferece técnicas avançadas para preparar modelos que atendam a esses requisitos. O usuários pode:

• Definir o parâmetro de redução como uma meta de número de triângulos 
• Usar um comprimento máximo da canto para evitar a criação de triângulos grandes com proporções deficientes 
• Especificar o ângulo de detecção de cantos para preservar as linhas da entidade geométrica
• Chamar um algoritmo de otimização de malha que alinha as arestas do triângulo ao longo do fluxo de curvatura