3DEXPERIENCE Works Simulation para FEA y CFD en la industria del automóvil

El transporte y la movilidad o la industria del automóvil afectan a nuestra vida cotidiana de muchas maneras diferentes. Desde el impacto directo en la seguridad y la comodidad de nuestros desplazamientos diarios hasta el efecto a largo plazo en la sostenibilidad y el futuro de nuestro planeta, el esfuerzo por desarrollar mejores productos es un objetivo interminable. En este contexto, la simulación y la creación de prototipos virtuales son extremadamente beneficiosas, desde la ideación hasta el diseño, la ingeniería y más allá.

En este blog y en la presentación, me centraré en un subconjunto de las soluciones de simulación que en SOLIDWORKS ofrecemos a nuestros clientes del sector de la automoción, centrándome en el análisis de elementos finitos (FEA) y la dinámica de fluidos computacional (CFD).

En la simulación de tensiones estructurales mediante AEF y en la fase inicial de diseño e ingeniería de piezas, una llanta de coche, por ejemplo, donde un análisis estático lineal junto con las capacidades de Diseño de Experimentos (DoE) y la optimización de la topología de posibilidades pueden resultar muy útiles. Para el analista, piense en la simulación de una prueba de choque de un coche, un ejemplo de análisis dinámico no lineal adecuado para un solucionador explícito. Entre estos casos extremos, se pueden imaginar innumerables estudios de AEF como la fatiga y la durabilidad de los componentes individuales y las aplicaciones de vibración y dinámica lineal, como la respuesta armónica del motor en un rango de frecuencias a la vibración aleatoria del sistema de suspensión bajo las condiciones no deterministas de la carretera.

Con la CFD se puede simular desde la aerodinámica de la carrocería hasta el nivel de confort de los pasajeros sentados en su interior, pasando por el flujo de fluidos y la gestión térmica del motor o los paquetes de baterías de los vehículos eléctricos. La simulación del moldeo por inyección de plástico puede ayudar al diseñador y al fabricante de moldes a evitar posibles defectos, como disparos cortos, marcas de hundimiento y alabeo excesivo, y a mejorar los diseños de los productos para su fabricación. También se pueden simular otras áreas, como la electromagnética, la simulación de sistemas multicuerpo y la combinación de distintos tipos de análisis en la multifísica.

Las soluciones de escritorio de SOLIDWORKS Simulation para FEA, CFD y Plásticos están totalmente integradas en el entorno CAD y proporcionan a los diseñadores e ingenieros herramientas fáciles de usar que pueden manejar muy bien las aplicaciones principales. Se dispone de amplios conjuntos de soluciones, y el primer objetivo es la facilidad de uso, abriendo la Simulación a muchos que quizás no hayan utilizado la simulación antes o lo hayan hecho sólo a un nivel muy básico. Nuestra cartera de productos de la plataforma 3DEXPERIENCE se distingue por su escalabilidad, nube y potencia. Estructurados bajo diferentes roles, proporcionan herramientas de simulación escalables que funcionan en un único entorno de nube.

Si comparamos nuestras soluciones de escritorio de SOLIDWORKS Simulation y de la nube de 3DEXPERIENCE Works, hay grandes diferencias, pequeñas diferencias y similitudes. La gran diferencia es, por supuesto, el escritorio frente a la plataforma y todo lo que la plataforma aporta en términos de colaboración y nube.

En cuanto a la tecnología y a los cálculos detrás de la escena, SOLIDWORKS Plastics Simulation y Plastic Injection Engineer utilizan la misma tecnología subyacente. En CFD, Flow Simulation y Fluid Dynamics Engineer resuelven las EDP de Navier-Stokes y las ecuaciones de gobierno y cubren muchas aplicaciones similares, pero tienen diferencias en áreas como la metodología de malla y los tipos de elementos, la captura de la capa límite y algunos modelos de turbulencia.

Siguiendo con el tema de la CFD, la otra solución ofrecida por nuestra marca SIMULIA utiliza el llamado Método de Boltzmann reticular (LBM). Este método es más adecuado para problemas altamente transitorios, también para piezas móviles.

En el siguiente vídeo se ve cómo el agua chapotea en el depósito de un camión en movimiento. Aunque este vídeo muestra la solución utilizando XFlow y el enfoque LBM, también se puede ejecutar este problema tanto con la Simulación de Flujo basada en Navier-Stokes como con Fluid Dynamics Engineer utilizando el enfoque VOF de volumen de fluido, aunque con una malla diferente.

Structural Performance Engineer es especialmente adecuado para los problemas altamente no lineales, ya sea material, geométrico o de contacto. Esto se debe a que utiliza la tecnología subyacente de ABAQUS, con su solver altamente eficiente, diversos modelos de materiales y una gama de tipos de elementos con diferentes formulaciones. Para las aplicaciones de corta duración, como el impacto, la colisión, la prueba de caída y la prueba de choque, el solver explícito de ABAQUS se utiliza en el papel de ingeniero de mecánica estructural.

Desde la perspectiva de la ingeniería de diseño, y para todas nuestras funciones de Simulación, se muestra arriba un flujo de trabajo típico, en este caso para un diseño de escape. Leyendo la geometría CAD y haciendo alguna preparación del modelo para la Simulación, si es necesario, se especifica el escenario de funcionamiento imponiendo las condiciones de contorno apropiadas; se hace que el programa genere la malla; se ejecuta el trabajo localmente en el escritorio o remotamente en la nube; y se post-procesan los resultados. Para mejorar su diseño y estudiar alternativas, usted realiza cambios, y el programa actualiza automáticamente la configuración de la simulación y vuelve a mallar, resolver y postprocesar. Se repite este proceso hasta que se está satisfecho con el diseño.

El sector de la automoción tiene muchas aplicaciones adecuadas para la simulación, especialmente FEA y CFD. Los diseñadores, ingenieros y analistas pueden utilizar nuestras diversas soluciones para este fin, tanto en el escritorio como en la nube. La plataforma 3DEXPERIENCE, con sus múltiples funciones bajo un entorno unificado, puede ayudarle a alcanzar sus objetivos para realizar simulaciones más realistas de forma fácil, precisa y eficiente.

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