La simulation informatique modélise avec précision des voitures en mouvement

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 produit par Takashi Kuraishi, chercheur associé au laboratoire de Tayfun Tezduyar, professeur de génie mécanique James F. Barbour.

"Il a intensifié la complexité de ses calculs, en commençant par un pneu autonome et maintenant avec le reste de la voiture", a déclaré Tezduyar à propos de Kuraishi, qui a rejoint le laboratoire Rice en 2020.

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.

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.

Une description détaillée des méthodes et de la simulation automobile a été publiée le mois dernier dans la revue Computational Mechanics . 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 conduira à une meilleure compréhension de leurs performances aérodynamiques", a déclaré Kuraishi. "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 de 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 elle est essentielle pour obtenir une simulation précise. »

"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. ”