Teknik Simulasi Lanjutan Mengakurasi Model Dinamika Kendaraan dan Aliran Ban
Ahli dinamika fluida di Rice University dan Waseda University di Tokyo telah mengembangkan metode simulasi komputer mereka hingga titik dimana mungkin untuk dengan akurat memodelkan mobil bergerak, hingga aliran di sekitar ban yang berguling.
Hasilnya ada untuk dilihat semua dalam sebuah video yang diproduksi oleh Takashi Kuraishi, peneliti asosiasi di laboratorium Tayfun Tezduyar, James F. Barbour Professor of Mechanical Engineering.
“Dia telah meningkatkan kompleksitas perhitungannya, dimulai dengan ban mandiri dan sekarang memiliki seluruh mobil,” kata Tezduyar tentang Kuraishi, yang bergabung dengan lab Rice pada tahun 2020.
Video juga menunjukkan efektivitas metode Pembuatan Mesh Terpandu NURBS Surface-to-Volume, teknik yang dikembangkan oleh Tim untuk Simulasi dan Pemodelan Aliran Canggih yang dipimpin oleh Tezduyar dan Takizawa untuk memodelkan dinamika aliran di sekitar dan melalui objek dengan geometri kompleks. NURBS singkatan dari Non-Uniform Rational Basis Splines, teknik matematika untuk menggambarkan bentuk 3D dan memberikan analisis komputasi masalah fluida dan mekanika struktur yang melibatkan bentuk tersebut.
Menyulitkan model adalah fakta bahwa ban dalam kontak dengan jalan dan berubah bentuk saat berguling. “Kita menangani geometri mobil dan ban yang hampir aktual,” kata Tezduyar.
Deskripsi detail dari metode dan simulasi mobil diterbitkan bulan lalu di jurnal Computational Mechanics. Sejak itu, tim Rice-Waseda membuat video untuk membawa ilustrasi ke vida.
“Mengetahui perilaku aliran udara di sekitar mobil dan ban akan mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang kinerja aerodinamika mereka,” kata Kuraishi. “Simulasi yang canggih ini penting untuk menyediakan solusi yang realistis dan jawaban yang andal dalam desain dan evaluasi kinerja.”
Tezduyar, yang lab-nya juga telah memodelkan payung pemulihan untuk kapsul Orion NASA, mengatakan penggunaan NURBS dalam analisis komputasi telah tumbuh secara dramatis dalam beberapa tahun terakhir, menggabungkan efisiensi dan akurasi dengan menurunkan jumlah titik mesh yang diperlukan untuk memodelkan sistem. Pikirkan mesh sebagai jaringan fluida — seperti udara — di sekitar objek, dengan titik mesh yang hidup dalam elemen 3D. Titik dan elemen bergerak saat objek bergerak.
Dalam satu model mobil bergerak, analisis aliran komputasi dengan NURBS dicapai dengan sekitar 1,1 juta titik, sebagian kecil dari jumlah yang digunakan dalam metode biasa, sambil mempertahankan akurasinya. Ini juga menurunkan biaya komputasi, kata Tezduyar.
“Kita memiliki mesh 3D di sekitar mobil dan ban, dengan lebih banyak titik di dekat permukaan ban untuk akurasi yang lebih tinggi di tempat yang lebih penting,” katanya. “Saat ban berputar, titik dan elemen berputar dengannya, tetapi masalahnya adalah saat ban berputar, elemen yang bergerak di bawah ban runtuh — dan ini adalah apa yang tidak dapat ditangani oleh metode lain. Metode kami melakukannya, dan ini adalah kunci untuk mendapatkan simulasi yang akurat.”
“Seiring berjalannya waktu, secara alami, desain ban baru atau perbaikan akan dipertimbangkan,” katanya. “Sangat bermanfaat bagi produsen ban untuk melakukan jenis simulasi ini sebelum mereka berinvestasi dalam menghasilkan prototipe, karena itu akan memberikan mereka data numerik yang komprehensif dan detail tentang aerodinamika di sekitar ban yang akan sulit diperoleh dengan cara lain.”
