Simulasi Komputer Secara Akurat Model Mobil Bergerak

Pakar dinamika fluida di Rice University dan Waseda University di Tokyo telah mengembangkan metode simulasi komputer mereka hingga memungkinkan untuk memodelkan mobil yang bergerak secara akurat, hingga aliran di sekitar ban yang menggelinding.

Hasilnya ada untuk dilihat semua orang dalam video diproduksi oleh Takashi Kuraishi, rekan peneliti di laboratorium Tayfun Tezduyar, Profesor Teknik Mesin James F. Barbour.

“Dia telah meningkatkan kompleksitas perhitungannya, dimulai dengan ban yang berdiri sendiri dan sekarang memiliki sisa mobil,” kata Tezduyar tentang Kuraishi, yang bergabung dengan lab Rice pada tahun 2020.

Video ini juga menunjukkan kemanjuran metode Generasi Jaring Terpandu Permukaan-ke-Volume NURBS, teknik yang dikembangkan oleh Tim untuk Simulasi dan Pemodelan Aliran Tingkat Lanjut yang dipimpin bersama oleh Tezduyar dan Takizawa untuk memodelkan dinamika aliran di sekitar dan melalui objek geometri kompleks. NURBS singkatan dari Non-Uniform Rational Basis Splines, teknik matematika untuk menggambarkan bentuk 3D dan memberikan analisis komputasi masalah mekanika struktur dan fluida yang melibatkan bentuk tersebut.

Rumitnya model ini adalah kenyataan bahwa ban bersentuhan dengan jalan dan berubah bentuk saat menggelinding. “Kami berurusan dengan geometri mobil dan ban yang mendekati aktual,” kata Tezduyar.

Penjelasan rinci tentang metode dan simulasi mobil diterbitkan bulan lalu di jurnal Computational Mechanics . Sejak saat itu, tim Rice-Waseda membuat video untuk menghidupkan ilustrasi.

“Mengetahui perilaku aliran udara di sekitar mobil dan bannya akan mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang kinerja aerodinamisnya,” kata Kuraishi. “Simulasi secanggih ini penting untuk memberikan solusi realistis dan jawaban yang andal dalam evaluasi desain dan kinerja.”

Tezduyar, yang labnya juga telah memodelkan parasut pemulihan untuk kapsul Orion NASA, mengatakan penggunaan NURBS dalam analisis komputasi telah berkembang secara dramatis dalam beberapa tahun terakhir, menggabungkan efisiensi dan akurasi dengan menurunkan jumlah titik mesh yang diperlukan untuk memodelkan suatu sistem. Pikirkan jaring sebagai jaring cairan — seperti udara — di sekitar objek, dengan titik jaring hidup dalam elemen 3D. Titik dan elemen bergerak saat objek bergerak.

Dalam satu model mobil yang bergerak, analisis aliran komputasi dengan NURBS dicapai dengan sekitar 1,1 juta poin, sebagian kecil dari jumlah yang digunakan dalam metode biasa, sambil mempertahankan akurasinya. Itu juga menurunkan biaya komputasi, kata Tezduyar.

“Kami memiliki jaring 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 bersamanya, tetapi masalahnya adalah saat ban berputar, elemen yang bergerak di bawah ban runtuh — dan inilah yang tidak dapat ditangani oleh metode lain. Metode kami melakukannya, dan ini adalah kunci untuk mendapatkan simulasi yang akurat.”

“Seiring berjalannya waktu, tentu saja desain atau perbaikan ban baru akan dipertimbangkan,” katanya. “Akan sangat bermanfaat bagi produsen ban untuk melakukan simulasi jenis ini sebelum mereka berinvestasi dalam menghasilkan prototipe, karena itu akan memberi mereka data numerik yang komprehensif dan terperinci tentang aerodinamika di sekitar ban yang akan sulit didapat dengan cara lain. ”