Audi, BMW, DaimlerChrysler y Renault

Una revolución en el mundo del análisis de la dinámica de fluidos  

Audi, BMW, DaimlerChrysler y Renault recurren a PolyWorks® para reducir el tiempo de análisis CFD hasta en un 83%. 

Los principales fabricantes de automóviles han recurrido a la tecnología de modelado poligonal de PolyWorks para generar importantes reducciones de costos para sus análisis de dinámica de fluidos. Descubra cómo las herramientas únicas que ofrece PolyWorks han permitido a Audi, BMW, DaimlerChrysler y Renault reducir el tiempo necesario para preparar un modelo poligonal listo para un análisis de fluidos computacional (CFD) de siete días a un día.

El análisis de flujo de fluidos es el estudio de cómo los fluidos, como el aire, los líquidos y los gases, se mueven dentro y alrededor de los objetos sólidos, como las alas de los aviones, las carrocerías de los automóviles o las tuberías de petróleo. La mayoría de los principales fabricantes de automóviles en todo el mundo enfrentan problemas de flujo de fluidos en su trabajo de diseño, como el flujo de aire sobre las superficies de los automóviles que miden la sustentación, el arrastre, la desviación en el eje vertical y la fricción. Por lo general, el análisis de dinámica de fluidos tradicional se realiza mediante pruebas en túnel de viento, una operación costosa y que requiere mucho tiempo y que requiere técnicos bien capacitados. 

La aparición de la tecnología de digitalización 3D ha revolucionado la forma de analizar el flujo de fluidos ya que ha abierto la puerta a las “pruebas digitales en túneles de viento”. Los millones de puntos de datos capturados por los digitalizadores 3D sin contacto representan una excelente fuente de información para simular digitalmente el flujo de fluidos y replicar los análisis típicos con pruebas en túnel de viento a una fracción del costo y tiempo habituales. 

El desafío

Para realizar un potente análisis digital en túnel de viento, el software de CFD como el Power-Flow® de Exa necesita modelos poligonales que cumplan con requisitos estrictos en términos de precisión, topología, tamaño, etc. No hace mucho tiempo, se requerían varios pasos para preparar el modelo para el análisis de CFD, lo que podía llevar hasta siete días de trabajo. Primero, la nube de puntos digitalizada tenía que transformarse en superficies NURBS utilizando un sistema de software de ingeniería inversa. Las superficies resultantes se cargaron en el software CAD y se llevaron a cabo varias operaciones de edición, como la reconstrucción de entidades geométricas y la eliminación de detalles innecesarios. Luego, el modelo CAD tenía que poligonizar utilizando otro paquete de software para recrear un modelo mallado. La mayoría de las veces, este modelo poligonal poligonizado necesitaría otras modificaciones para cumplir con el objetivo de 100,000 triángulos requerido para el análisis de CFD. 

“PolyWorks ofrece un enfoque sencillo que ha cambiado drásticamente la preparación y optimización de los modelos poligonales para el análisis de CFD”, dijo el Dr. Hans-Peter Duwe de Duwe-3d en Alemania. PolyWorks ofrece un amplio conjunto de herramientas de edición de polígonos que nos permiten reconstruir las curvas de las entidades geométricas, eliminar entidades geométricas demasiado detalladas y crear modelos poligonales cerrados que se pueden usar directamente dentro PowerFlow de Exa. Todas las operaciones se pueden realizar dentro de una solución de software, lo que reduce significativamente el tiempo y el costo del análisis de flujo de fluidos”, continuó.

La solución

Kit de herramientas completo de PolyWorks para optimizar el modelo poligonal de un automóvil 

1. Crear el modelo poligonal 

• Los diseñadores de automóviles crean un modelo físico utilizando arcilla u otro compuesto similar; el tamaño del prototipo del automóvil puede variar desde el tamaño real hasta reproducciones 1/2, 1/4, 1/10
• El modelo de arcilla se digitaliza completamente con un digitalizador 3D 
• Los múltiples escaneos se alinean posteriormente mediante fotogrametría (para un modelo de tamaño real) o usando el método de mejor ajuste único de PolyWorks que alinea rápidamente los escaneos usando las entidades geométricas del objeto (para objetos más pequeños) 
• La nube de puntos alineados se entrelaza en PolyWorks y se crea un modelo poligonal de alta precisión con entre 500,000 y 1,000,000 de triángulos y una tolerancia que varía de 10 a 30 micras 

2. Editar el modelo poligonal para CFD 

A) Reconstrucción de las curvas de las entidades geométricas 

Uno de los factores más importantes que influye en el flujo de aire de un modelo es la calidad de las curvas de sus entidades geométricas. Dado que los digitalizadores 3D no pueden capturar bordes afilados con gran precisión, es necesario realizar trabajos de edición para la reconstrucción. PolyWorks ofrece una poderosa herramienta que detecta y rastrea las curvas de las entidades geométricas y se adapta mejor a los bordes afilados teóricos. Una vez extraídas las curvas de los bordes afilados, pueden extenderse e intersecarse para formar esquinas. 

B) Producir una malla poligonal compacta e impermeable 

Estos son los pasos para crear un modelo compacto e impermeable:

• Relleno de agujeros producidos durante la fase de digitalización:
  • PolyWorks ofrece varias herramientas de llenado de agujeros para cerrar la superficie de un modelo poligonal. Para agujeros de poca y mediana complejidad, los usuarios pueden confiar en un método automático de llenado de agujeros que interpola suavemente conjuntos curvos de triángulos dentro de una distancia de puente 3D definida por el usuario 
  • Para agujeros más grandes y complejos, los usuarios pueden crear superficies de Bézier compuestas o superficies NURBS en la parte superior del modelo poligonal e insertar superficies trianguladas que sigan la curvatura del objeto 

• Eliminar funciones innecesarias del modelo:
  • El propósito de esta operación es mantener el número de triángulos lo más bajo posible. El software CFD como PowerFlow de Exa se optimiza para procesar modelos poligonales de hasta 100,000 triángulos. Para reducir la cantidad de triángulos, los usuarios pueden eliminar triángulos innecesarios en áreas muy detalladas del modelo, como ranuras, trampas de aire, etc. 
  • El usuario puede usar superficies compuestas de Bézier o superficies NURBS para reconstruir polígonos en estas áreas

C) Insertar Superficies CAD

• Se pueden insertar piezas de un modelo CAD existente para rellenar elementos, como la parte inferior de la carrocería, las ruedas, el parabrisas, las ventanillas y las luces
• Las superficies de Bézier y las superficies NURBS se pueden utilizar para rellenar las áreas para las que no hay CAD disponible

3. Reducir el número de triángulos y optimizar su orientación

La tecnología de mallado adaptativo de PolyWorks permite la creación de modelos poligonales “inteligentes”, conservando la alta resolución en los bordes y en los empalmes mientras crea triángulos más grandes en las áreas planas. Para cumplir con los estrictos requisitos de PowerFlow de Exa, un modelo poligonal debe: 

• Contener aproximadamente 100,000 triángulos
• No contener triángulos con proporciones deficientes (altura/base)
• Tener triángulos cuya orientación siga la curvatura del objeto 

PolyWorks ofrece técnicas avanzadas para preparar un modelo que cumpla con estos requisitos. Los usuarios pueden:

• Establecer el parámetro de reducción como un objetivo de número de triángulos
• Utilice una longitud de borde máxima para evitar la creación de triángulos grandes con proporciones deficientes
• Especificar el ángulo de detección del borde para conservar las líneas de la entidad geométrica
• Invocar un algoritmo de optimización de malla que alinee los bordes del triángulo a lo largo del flujo de curvatura