움직이는 자동차를 정확하게 모델링하는 컴퓨터 시뮬레이션

라이스 대학과 도쿄 와세다 대학의 유체 역학 전문가들은 움직이는 자동차를 구르는 타이어 주변의 흐름까지 정확하게 모델링할 수 있을 정도로 컴퓨터 시뮬레이션 방법을 개발했습니다.

결과는 모두가 비디오 에서 볼 수 있습니다. Tayfun Tezduyar 연구소의 연구원인 Takashi Kuraishi, 기계 공학과 James F. Barbour 교수가 제작했습니다.

Tezduyar는 2020년에 Rice 연구소에 합류한 Kuraishi에 대해 "그는 독립형 타이어로 시작하여 이제 나머지 차를 소유하는 등 계산의 복잡성을 높여왔습니다."라고 말했습니다.

이 비디오는 또한 Tezduyar와 Takizawa가 공동으로 이끄는 Advanced Flow Simulation and Modeling 팀에서 복잡한 형상 객체 주변 및 전체를 통과하는 흐름 역학을 모델링하기 위해 개발한 기술인 NURBS 표면 대 체적 유도 메시 생성 방법의 효율성을 보여줍니다. NURBS는 3D 모양을 설명하고 이러한 모양과 관련된 유체 및 구조 역학 문제에 대한 계산 분석을 제공하는 수학적 기술인 Non-Uniform Rational Basis Splines의 약자입니다.

모델을 복잡하게 만드는 것은 타이어가 도로와 접촉하고 구르면서 변형된다는 사실입니다. "우리는 거의 실제에 가까운 자동차 및 타이어 형상을 다루고 있습니다."라고 Tezduyar는 말했습니다.

방법과 자동차 시뮬레이션에 대한 자세한 설명은 지난달 Computational Mechanics 저널에 게재되었습니다. . 그 이후로 Rice-Waseda 팀은 일러스트레이션에 생명을 불어넣는 영상을 만들었습니다.

"자동차와 타이어 주변의 기류 거동을 알면 공기역학적 성능을 더 잘 이해할 수 있습니다."라고 Kuraishi가 말했습니다. "이렇게 정교한 시뮬레이션은 설계 및 성능 평가에서 현실적인 솔루션과 신뢰할 수 있는 답변을 제공하는 데 중요합니다."

NASA의 Orion 캡슐을 위한 복구 낙하산을 모델링한 연구실의 Tezduyar는 시스템을 모델링하는 데 필요한 메쉬 포인트 수를 줄여 효율성과 정확성을 결합하여 계산 분석에서 NURBS의 사용이 최근 극적으로 증가했다고 말했습니다. 메쉬를 3D 요소에 있는 메쉬 포인트와 함께 개체 주위의 공기와 같은 유체 그물이라고 생각하십시오. 개체가 이동할 때 점과 요소가 이동합니다.

움직이는 자동차의 한 모델에서 NURBS를 사용한 계산 흐름 분석은 정확도를 유지하면서 일반적인 방법에 사용되는 숫자의 일부인 약 110만 포인트로 달성되었습니다. Tezduyar는 이렇게 하면 계산 비용도 절감할 수 있다고 말했습니다.

"우리는 자동차와 타이어 주위에 3D 메쉬를 가지고 있으며 더 중요한 곳에서 더 높은 정확도를 위해 타이어 표면 근처에 더 많은 포인트를 가지고 있습니다."라고 그는 말했습니다. “타이어가 회전하면 점과 요소가 함께 회전하지만 문제는 타이어가 회전함에 따라 타이어 아래에서 움직이는 요소가 무너진다는 것입니다. 이것은 다른 방법으로는 처리할 수 없습니다. 우리의 방법은 그렇게 하며 정확한 시뮬레이션을 얻는 데 중요합니다.”

그는 “시간이 지나면 자연스럽게 새로운 타이어 디자인이나 개선이 고려될 것”이라고 말했다. "타이어 제조업체가 프로토타입 생성에 투자하기 전에 이러한 유형의 시뮬레이션을 수행하는 것은 매우 유익할 것입니다. 다른 방법으로는 얻기 어려운 타이어 주변의 공기 역학에 대한 포괄적이고 상세한 수치 데이터를 제공할 수 있기 때문입니다. "