La simulation apporte la vitesse de conception à NASCAR

Les équipes de course NASCAR utilisent un flux de travail de simulation automatisé de pointe mis au point par D2H et Ansys pour améliorer la conception technique. Le travail réduit le temps de développement pratique tout en intégrant le calcul haute performance (HPC) pour améliorer et accélérer les conceptions.

Avec seulement une semaine pour se préparer entre les courses, les équipes NASCAR ont traditionnellement dépensé des centaines de milliers de dollars en tests rigoureux et chronophages en soufflerie pour faire progresser l’aérodynamique des voitures de course. D2H et Ansys ont créé un flux de travail Fluent automatisé qui élimine une grande partie des tests en soufflerie.

Le processus de simulation accélère la conception aérodynamique et permet aux équipes de produire plus de conceptions sans temps de développement supplémentaire. Il résout les problèmes en quelques heures au lieu de jours. « Notre principale voie de développement consiste à utiliser notre expérience aérodynamique et notre analyse du champ d’écoulement d’une simulation actuelle pour guider notre prochain mouvement », a déclaré Noah McKay, directeur de l’ingénierie chez D2H. Nouvelles de conception. « Nous combinons cela avec des simulations périodiques plus complexes qui peuvent fournir des informations directes sur les changements à apporter et dans quelles magnitudes approximatives. »

D2H

Utiliser Workflow et HPS pour accélérer la conception

McKay a noté que le flux de travail réduit considérablement le temps de développement pratique et résout rapidement les problèmes de conception. La simulation y parvient sans sacrifier tout en restant très précise. « Pour générer des résultats précis, il faut des maillages de très haute qualité. Ceux-ci sont généralement très difficiles à réaliser sur la géométrie extrêmement complexe d’un modèle de voiture de course complet », a déclaré McKay. « La simplification de la géométrie n’est pas non plus une option pour obtenir des résultats suffisamment précis pour conduire le développement d’une voiture très raffinée où chaque changement peut être inférieur à 0,5%.

Le processus de conception nécessite un fil intégré d’outils logiciels que McKay décrit comme une chaîne de simulation. « Nous avons construit un processus automatisé qui peut vérifier et apporter des corrections CAO pour obtenir une géométrie propre et détaillée, puis mailler et soumettre pour résoudre sur un cluster de calcul haute performance », a déclaré McKay. « Le flux de travail automatisé combine tous les outils logiciels de la chaîne de simulation, y compris Ansys Fluent et Ensight, et fournit presque un seul bouton-poussoir du début à la fin d’un processus, y compris les résultats et l’analyse. »

Ce qui rend la simulation possible, c’est le HPC. Le processus accélère la vitesse de la simulation et guide les ajustements de conception. « HPC a certainement aidé. Les grandes solutions fonctionnent plus rapidement que jamais et une précision accrue nous a conduits à des modèles de plus en plus grands. Nous avons également tiré parti des améliorations d’Ansys Fluent pour réduire les temps de résolution », a déclaré McKay. « Il y a des gains d’efficacité dans les calculs ainsi qu’un traitement plus efficace de grands ensembles de données. De plus, avec des maillages de meilleure qualité, Ansys Fluent a permis de raccourcir les itérations de simulation avec des contrôles de solution plus agressifs pour conduire à une convergence beaucoup plus rapidement que par le passé.

La simulation peut égaler ou battre les tests du monde réel

Au fur et à mesure que les ingénieurs ont commencé à utiliser la simulation – et que le processus de simulation s’est amélioré – il est devenu clair que les résultats de la simulation prenaient moins de temps que les souffleries. « C’est une comparaison compliquée car nous comparons des outils très différents. La soufflerie peut produire un résultat sur un seul élément très rapidement avec une bonne précision. Avec la simulation CFD dans Ansys Fluent, nous pouvons désormais atteindre la même précision », a déclaré McKay. « C’est un développement récent de la CFD pour parvenir à une résolution permettant de comprendre les changements de faible ampleur. Ces grands modèles prennent des heures à résoudre du début à la fin, ils sont donc plus lents qu’une seule soufflerie exploitée par des ordres de grandeur.

La simulation permet à l’équipe d’augmenter globalement le nombre de tests. « La différence est qu’un test en soufflerie peut produire environ 35 passages sur une fenêtre de test de 10 heures et, selon votre budget, vous pouvez le faire aussi souvent qu’une fois par semaine », a déclaré McKay. « Il existe désormais des réglementations de maîtrise des coûts qui limitent les tests en soufflerie à environ 100 heures par an, ce qui rend le total des données collectées à partir d’une soufflerie beaucoup moins que ce qui peut être fait dans CFD. Avec CFD, nous pouvons exécuter tous les jours et toutes les nuits en produisant environ 5 à 10 exécutions par 24 heures ou même considérablement plus avec un budget de concepteur HPC et CAO supplémentaire.

Les économies de coût et de temps de la simulation

Le processus HPC offre également plus d’informations sur chaque changement potentiel dans la conception. « Donc, au cours de la semaine, nous pouvons au moins égaler, et avec des ressources appropriées, tripler ou quadrupler ce qui peut être fait dans le tunnel. En plus de cela, chaque exécution de CFD donne de nombreux ordres de grandeur plus d’informations sur chaque changement », a déclaré McKay. « Non seulement nous connaissons les forces globales et s’il y a une amélioration des performances, mais nous obtenons également des informations sur le champ de flux complet où nous pouvons identifier l’effet. Cela nous permet de nous développer beaucoup plus efficacement.

Les voitures de course sont souvent modifiées entre les courses hebdomadaires. Alors que les voitures sont optimisées en début de saison, elles sont souvent changées à la volée entre les courses hebdomadaires. « La course est un sport qui évolue chaque semaine comme tout sport professionnel de compétition. Les équipes de haut niveau construisent de nouvelles voitures presque chaque semaine pour intégrer tous les nouveaux développements dérivés des tests récents », a déclaré McKay. « Ces développements peuvent être partout et sous la voiture pour affecter le champ d’écoulement de manière avantageuse. »

Rob Spiegel couvre la fabrication depuis 19 ans, dont 17 pour Nouvelles de conception. Parmi les autres sujets qu’il a abordés figurent l’automatisation, la technologie de la chaîne d’approvisionnement, les énergies alternatives et la cybersécurité. Pendant 10 ans, il a été propriétaire et éditeur du magazine culinaire Piment du Chili.