Descrizione della procedura di File based Coupling
tra STAR-CCM+ e NASTRAN applicata ad un caso
di deriva dritta.
4.1 Realizzazione modello CAD
L’analisi di Coupling è per sua natura connessa a due geometrie dissociate, una necessaria per descrivere la struttura (interna alla superficie di contatto tra fluido e struttura), l’altra per descrivere il campo fluidodinamico (esterna alla superficie di contatto).
La geometria interna della struttura è spesso molto complicata ed è soggetta a frequenti modifiche nel corso della progettazione. In virtù di ciò si sceglie di modellare la geometria di interfaccia ed il campo di simulazione fluidodinamica con il programma Solidworks Premium 2009, lasciando, in seguito, la realizzazione della geometria interna direttamente al programma strutturale. Così è possibile scegliere la metodologia di schematizzazione della struttura in maniera dissociata dalla geometria esterna, dando così la possibilità di apportare successive modifiche separando le necessità geometriche strutturali da quelle fluidodinamiche.
Volendo porre l’attenzione sulle problematiche relative all’accoppiamento tra i programmi si è deciso di realizzare una deriva con profilo asimmetrico, come quelle usate nei catamarani AC-45, con asse rettilineo (freccia e svergolamento nulli).
Di seguito sono riportati i dettagli della geometria: 𝑐 = 350 𝑚𝑚 𝑡𝑀𝐴𝑋 𝑐 = 0.17 0 𝑐 = 0.05 𝑐𝑡/𝑐 𝑐 = 0.40 𝑐0 𝑐 = 0.60 = 2 000 𝑚𝑚
Per garantire un risultato attendibile dalla simulazione fluidodinamica è importante definire correttamente le dimensioni del volume del fluido che avvolge la deriva. Per ottenere le corrette proporzioni si è fatto riferimento a precedenti tesi riguardanti tale argomento.
Figura 4.2 - Dimensioni del box
4.2 Realizzazione del modello strutturale
Come già accennato precedentemente la geometria della struttura ha come unico vincolo relativo alla simulazione fluidodinamico la forma della geometria esterna (necessaria per il passaggio dei dati) e la sua posizione rispetto all’origine. In virtù di ciò, e per amore di semplicità, si sceglie un modello strutturale particolarmente semplice, in modo tale da non sovrapporre le complicazioni della procedura a quelle possibili derivanti dal modello strutturale.
Nei capitoli successivi, in cui viene analizzata l’ala e se ne studia la deformata sotto carico, diventerà indispensabile la corretta schematizzazione della geometria strutturale
Si sceglie quindi di modellare la deriva attraverso uno skin con la forma coincidente alla geometria di interfaccia.
Si realizza il modello agli elementi finiti attraverso Patran/Nastran importando il modello CAD, precedentemente realizzato, in formato *.igs.
Figura 4.3 - Opzioni importazione .igs-
Nella figura 4.3 possiamo osservare le opzioni di importazione del modello cad in Patran. Esso viene importato come parasolido con l'opzione di superficie Simply Trimmed, scegliendo i mm come unità di misura.
strutturale-La griglia in figura risulta essere composta da 8000 elementi di tipo shell (cquad4), in cui si è scelto di eguagliare il numero di mesh seed sul ventre (𝑛𝑐−) a quelli sul dorso del profilo(𝑛𝑐+). Questa scelta è frutto di un’analisi di ottimizzazione della griglia descritta in seguito.
Figura 4.5 - Rappresentazione Mesh Seed -
𝑛 = 100
𝑛𝑐− = 𝑛𝑐+ = 40
In questa fase di progettazione della mesh è importante controllare che la forma dei vari elementi non si allontani troppo da quella di un quadrato tramite lo strumento aspect control in Patran, in cui l’aspect è definito come il rapporto fra le due dimensioni di ogni elemento.
Figura 4.6 - Aspect Control
Per ottenere una risposta attendibile dall’analisi strutturale è bene che per ogni elementosi abbia
𝑎𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡 < 5
Per la deriva la zona critica risulta essere il bordo d'attacco, in cui il massimo valore raggiunto è pari a 2.35 (che rimane comunque sempre al di sotto del limite) come è possibile osservare in fig. 4.4.
Il materiale scelto per le shell è l'alluminio:
𝐸 = 72 𝐺𝑃𝑎 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑣 = 0.3 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑖 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛
Inoltre si è posto nella sezione la proprietà:
𝑡 = 0.2 𝑚𝑚 𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟𝑒
Per vincolare la struttura è stato posto il vincolo di incastro alla base, impedendo ad ogni nodo la possibilità di spostarsi e di ruotare.
Figura 4.7 - Vincolo di incastro alla radice -
Il modello strutturale è completo e si può lanciare l'analisi che permette di realizzare il *.bdf; file contenente tutte le informazioni sulla griglia strutturale. I comandi sono i seguenti:
Analysis>analyze>entire model>analysis deck.
Solution type>linear static>solution parameters>results output format>op2.
È importante creare un file di sessione contenente le informazioni sui gruppi, indispensabile per la successiva anali di coupling.
Utilizzando il seguente comando:
Utilities>Group>Group to session file
apparirà una nuova finestra di dialogo in cui è possibile selezionare i gruppi da esportare. In questo modo si crea un file *.ses contenente tutte le informazioni inerenti ai gruppi selezionati.
4.3 Realizzazione del modello fluidodinamico
Il solutore aerodinamico, utilizzato per il calcolo CFD, è il software STARCCM+®6.04.014, che risolve le equazioni di Navier-Stokes mediate (RANS) attraverso una griglia definita nel dominio di calcolo.
L'impostazione del modello di calcolo si articola nei seguenti punti:
Importazione del modello geometrico e del dominio di calcolo Generazione della mesh di superficie e di volume
Definizione delle condizioni al contorno Impostazione del modello fisico
Creazione dei report Calcolo del flusso Esportazione dei report
4.3.1 Importazione del modello geometrico
Con il comando import surface mesh si importa un file in formato *.igs, precedentemente salvato all'interno del software Solidworks.
Si aprirà un menù contenente le opzioni di importazione della geometria, nel quale deve essere selezionato One boundary per layer, cosicché la geometria importata riconosca le diverse superfici create nel modello CAD.
Fig.4.8- Opzioni di importazione della geometria -
A questo punto nel solutore aerodinamico verrà caricata la geometria come in figura 4.9 e nella finestra di dialogo nel ramo Regions verranno riportate tutte le superfici con il relativo nome di layer.
Le superfici vengono rinominate (fig.4.10), in modo che quando si imposteranno le condizioni al contorno possano essere riconosciute facilmente. Per il dominio di calcolo le due superfici laterali e quella frontale sono state nominate inlet, quella posteriore outlet e le superfici superiore ed inferiore sono state nominate Symmetry_Plane e Wall_down; infine la deriva è stata nominata come deriva.
Fig.4.10 - superfici rinominate -
4.3.2 Generazione della Mesh
Prima di impostare il modello fisico del flusso e quindi il set di equazioni da risolvere, si deve fare una discretizzazione delle geometrie e dello spazio nel quale effettuare il calcolo.
In prima analisi si deve definire il modello che verrà utilizzato per la generazione della mesh di superficie e quello utilizzato per la mesh di volume, poi si dovranno settare i valori dei parametri che ne definiscono le dimensioni.
Per fare questo è necessario creare un nuovo mesh continuum:
Continua>New>Mesh Continuum
Fig.4.11 - Flusso per creazione Mesh Continuum -
I modelli scelti sono stati:
Il modello di mesh superficiale scelto è caratterizzato da celle poliedriche che mostrano una maggiore regolarità nella discretizzazione dello spazio.
La scelta dei valori da assegnare ai parametri che definiscono le dimensioni della mesh non è univoca, in quanto la griglia di calcolo deve soddisfare due requisiti:
deve essere sufficientemente rada da ridurre i tempi di calcolo.
deve essere sufficientemente fitta da permettere una stima adeguata delle funzioni valutate.
I parametri da settare sono:
Base size: rappresenta il valore della dimensione
caratteristica del modello. Tutti gli altri parametri vengono settati come percentuale del valore di base size.
Surface curvature: rappresenta il numero di punti in una circonferenza.
Surface growth rate: controlla la velocità di crescita della cella.
Relative minimum size: rappresenta il limite inferiore della lunghezza dei bordi della cella come percentuale del base size.
Relative target size: rappresenta la lunghezza desiderata dei bordi della cella.
Tet/Poly Densit : modifica la densità della rete in tutto il volume. Valori >1 aumentano il numero di celle generate, valori <1 lo diminuiscono.
Tet/Poly Growth factor: controlla la densità delle maglie della rete di base, cambiando la velocità di crescita delle celle. Valori >1 aumentano la velocità di crescita con conseguente diminuzione del numero di celle, valori <1 diminuiscono la velocità di crescita quindi aumentano il numero di celle.
Tet/Poly Volume Blending: controlla il passaggio di densità della mesh. Il
valore 1.0 fornisce un passaggio ragionevole nella densità delle maglie comprese tra le dimensioni delle celle utilizzate per la mesh di volume e quelle della mesh di superficie.
Tabella 4.1 - Valori di settaggio per le dimensioni della mesh -
Per quanto riguarda lo strato limite è necessario porre i seguenti valori:
𝑛° 𝑝𝑟𝑖𝑠𝑚 𝑙𝑎𝑦𝑒𝑟 = 5
𝑝𝑟𝑖𝑠𝑚 𝑙𝑎𝑦𝑒𝑟 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑡𝑐𝑖𝑛𝑔 = 1.5
𝛿 ≅ 𝑐 ∙ 5 𝑅𝑒 = 0.0011 𝑚 𝑅𝑒 = 𝑈 ∙ 𝑐 𝑣 𝑈 = 10 𝑚/𝑠 𝑐 = 0.345 𝑚 𝑣 = 1.46 10−6 𝑚2/𝑠
Assegnati i parametri è possibile dare il via alla generazione della mesh di superficie, che discretizza le superfici in esame con elementi triangolari. Su questa mesh di superficie verrà costruita quella di volume, realizzata dapprima con celle tetraedriche, poi combinate tra loro, ed eventualmente modificate, al fine di ottenere una mesh di volume finale poliedrica.
Nelle figure seguenti si possono osservare alcune immagini riguardanti la mesh di volume:
Fig.4.14 - Mesh di volume -
Fig.4.16 - Mesh di volume della deriva -
La griglia finale è composta da:
𝑛° 𝐶𝑒𝑙𝑙𝑒 = 1575544
𝑛° 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑖 = 9067394
4.3.3 Definizione delle condizioni al contorno
Generata la mesh vengono assegnate le condizioni al contorno necessarie per la successiva analisi CFD.
Sulle superfici del modello rinominate dopo l'importazione della geometria, si ha di default una condizione al contorno di parete, non sempre corretta.
Le condizioni al contorno assegnate sono riportate di seguito:
Velocity inlet alla superficie del box che rappresenta l'inlet e al Wall_Lateral; con questa condizione è stato possibile settare il valore della velocità asintotica dell'imbarcazione e i suoi coseni direttori.
Pressure Outlet alla superficie outlet del box, nel quale si fissa il valore della pressione asintotica
Symmetry alla superficie del box che rappresenta il piano
Wall alle superfici della deriva e al Wall_down però con diverse condizioni fisiche ed in particolare si avrà condizione di non scorrimento per la deriva (no-slip) e condizione di scorrimento (slip) per il wall_down per simulare la condizione di galleria.
Le modifiche apportate implicano un cambiamento delle icone delle superfici nella finestra di dialogo e nella geometria vengono assegnati colori differenti per ogni condizione al contorno.
4.3.4 Impostazioni del modello fisico
Generata la griglia di calcolo, è necessario impostare le condizioni del flusso affinché STAR CCM+ sia in grado di valutare le forze che agiscono sul modello. Innanzitutto bisogna impostare un set di parametri relativi alle caratteristiche del flusso e specificare il tipo di solutore che deve essere utilizzato con i relativi criteri di convergenza o di arresto del calcolo.
Per fare questo bisogna creare un nuovo Physics continuum nel quale definire il modello fisico del problema, attraverso il comando
Continua>New> Physics Continuum
Per il problema in esame le scelte fatte sono le seguenti:
• Tree dimensional • Steady • Liquid • Segregated flow • Costant density • Turbolent • RANS • k-ε
Il modello scelto per la soluzione è Segregated Flow, particolarmente adatto a risolvere i problemi legati ai flussi incomprimibili, basandosi su una forma parzialmente disaccoppiata delle equazioni. In analogia con altri lavori, viene scelto inoltre il modello di turbolenza k-ɛ.
Impostato il problema fisico si assegna il giusto valore alla densità dell'acqua di mare, pari a 1025 Kg /m3, e si impostano le condizioni iniziali sulla velocità asintotica dell'imbarcazione (10m/s).
Infine si deve settare un criterio di stop, assegnando un valore al numero massimo di iterazioni che il calcolo può effettuare.
Anche la scelta di questo valore non è immediata in quanto deve essere abbastanza elevato da garantire la convergenza della simulazione ma non troppo da far divergere i tempi di calcolo connessi.
Dopo avere effettuato una serie di prove si è assunto:
maximum steps = 300
Fig.4.19 - Stopping criteria -
Per garantire la convergenza della simulazione, si utilizza un secondo criterio di convergenza imponendo un limite di asintoticità sul report della forza di portanza dell’ala.
Le proprietà ad esso associate sono state settate con i seguenti valori: 𝑀𝑖𝑛 − 𝑀𝑎𝑥 = 1.0 𝑁
In questo modo la simulazione si ferma quando il valore del lift cambia di meno di 1 N ogni 10 passi.
Figura 4.20 – Limite di Asintoticità -
4.3.5 Creazione dei Report
Prima di dare il run alla simulazione vengono create sia le scene che i report delle grandezze di interesse.
Dapprima è stata creata la scena scalare del CP sulla deriva:
Scenes > New Scene > Scalar
Fig.4.21 - Creazione scena Cp -
In seguito il report della forza perpendicolare al piano della deriva (che avrà una piccola componente di taglio e la componente principale di pressione):
Fig.4.22 - Creazione del report -
Viene poi definito un monitor e un plot, basato sul report creato precedentemente, che controlla la simulazione.
Fig.4.24 - Andamento Forza –
Raggiunta la convergenza della simulazione, vengono visualizzati i grafici dei residui e della forza, dai quali si può controllare la convergenza della soluzione. Ulteriori visualizzazioni interessanti sono quelle della mappa del CP sulla deriva
ed il campo di velocità su un piano scelto.
4.4 Procedura di Coupling
La procedura di Coupling rappresenta il modo con il quale si interfacciano le due simulazioni precedentemente descritte. Questa è una procedura tipicamente iterativa.
Passo1
4.4.1 Analisi fluidodinamica ed esportazione della
distribuzione di pressione in Nastran
Il primo passo inizia con l’analisi fluidodinamica della deriva nella configurazione iniziale (indeformata) ipotizzando il flusso come stazionario. Questa ipotesi è ammissibile quando si vuole ricercare la deformata finale media, senza tenere in considerazione i transienti temporali necessari ad ottenerla. La distribuzione di pressione così trovata, deve essere esportata dal programma STAR-CCM+ in un file che abbia un formato tale da poter poi essere importato in Nastran.
Per poter esportare la distribuzione di pressione dalla griglia di STAR-CCM+ a quella strutturale di Nastran è necessario prima importare tale griglia direttamente in Star:
Fig.4.26 - Importazione griglia strutturale in STAR-CCM+ -
I file importabili risultano essere *.nas e *.bdf.
Nel nostro caso è bene importare il file *.bdf che è il formato con il quale il software Patran crea poi l’input completo per la simulazione di Nastran. Di questo file STAR-CCM+ legge solo la posizione dei vertici della griglia strutturale.
Selezionato il file da importare, appare la finestra Import options con la quale è possibile gestire l’importazione del modello CAE.
È possibile, ad esempio, importare il modello come "nuova regione" di simulazione o come "modello importato", più adatto per il nostro caso. In questa finestra bisogna precisare l’unità di misura con la quale è stato progettato il modello in Nastran (nel nostro caso mm). È infine possibile effettuare una diagnosi della mesh dopo averla importata.
Per ogni gruppo di elementi appartenente al modello CAE viene creato un sottolivello nella cartella Imported element. Nel caso in analisi per praticità tutti gli elementi sono stati inseriti in un unico gruppo che appare in figura 4.28 con il nome di Default.
C’è da notare che ogni superficie in genere utilizzata nei modelli CAD/CAE è a doppia banda. Per ogni banda il programma importa una frontiera (boundary) quindi in genere ne vengono importate due per ogni gruppo.
Queste vengono associate all’orientazione della normale locale e vengono per questo indicate con NEG (verso negativo) e POS (verso positivo).
È possibile scegliere l’orientazione più adatta al caso in analisi ed eliminare la banda superflua cliccando con il tasto destro del mouse sull’icona.
Per visualizzare il modello CAE importato basta cliccare sulla frontiera prescelta ed apparirà visualizzata, nella scena attiva, la superficie desiderata di colore magenta.
Fig.4.30 - Visualizzazione modello CAE -
E' ora possibile mappare la distribuzione superficiale di pressione sui vertici della geometria del modello CAD, cliccando su Map Surface Data come in figura.
Fig.4.32 - Parametri Map Surface Data -
Per completare l’operazione è necessario definire una serie di parametri: A) La direzione di passaggio dei dati (Map Direction), che può avvenire da Star verso il modello CAE o viceversa.
B) Gli input della Mappa ovverosia le superfici del modello di Star da cui esportare i dati e le frontiere del modello CAE importato su cui effettuare la mappa.
C) Il dato da mappare, tramite il menù a tendina. Per questa simulazione è necessario scegliere la pressione.
È possibile inoltre definire due opzioni aggiuntive per ottimizzare l’esportazione dei dati:
Check source/target proximity
che definisce la distanza massima che può esistere tra la superficie che si è scelta come riferimento per l’esportazione nel modello di Star ed i nodi
del modello CAE. Il dato è espresso come rapporto rispetto alla dimensione locale della griglia di Star.
Check source/target face normals
che esprime un possibile vincolo angolare tra l’orientazione locale della griglia di Star e quella della griglia del modello CAE importato.
A questo punto è possibile esportare la mappa di pressione appena creata scegliendo l’opzione Export Mapped Data to External File.
Apparirà una finestra in cui è possibile settare i dati da esportare. Essendo il modello della deriva in mm si è scelto come unità di misura i MPa ed esportato il tutto nel file P_map1.nas.
Attraverso un programma in Matlab, trasformato poi in eseguibile BDF_P_changer.exe, è possibile applicare la distribuzione di pressione direttamente nel *.bdf iniziale.
4.4.2 Analisi strutturale e calcolo della deformata -
Per quanto riguarda il calcolo della deformata, il primo passo è quello di creare un nuovo file in Patran, Passo1.db, dove viene importato il *.bdf realizzato con il programma BDF_P_changer.exe. Tale *.bdf rappresenta la griglia strutturale realizzata inizialmente, in cui sono applicate la distribuzione di pressione (come pload4).
SID Numero che identifica il tipo di carico.
EID Numero che identifica l 'id dell'elemento su cui è applicato il carico.
P1, P2, P3, P4 Valore della pressione che agisce ai quattro angoli (e quindi ai quattro nodi) dell'elemento.
CID Numero che identifica il sistema di riferimento. N1, N2, N3 Rappresentano le componenti del vettore misurate
rispetto al sistema di riferimento CID per definire la direzione e non il modulo del carico. Se questi spazi sono vuoti il carico sarà un carico di pressione che agisce normale alla faccia.
Fig.4.33 - Importazione in Patran del *.bdf -
Per importare nel file *.db (file Patran) le informazioni riguardanti i gruppi, è necessario utilizzare il comando:
File>Session>Play.
Selezionando nella finestra di dialogo il file di sessione creato precedentemente, (paragrafo 4.2) i gruppi verranno caricati nella simulazione.
Il vincolo di incastro e la distribuzione di pressione risiedono in due diversi load case. Per comodità si realizza un unico load case costituito dal vincolo di incastro e dalla distribuzione di pressione attraverso il comando:
Load case>create>selezionare i due casi di carico e rinominato pressioni_e_incastro.
Fig.4.34 - Creazione load_case -
Quanto fatto permette la visualizzazione della distribuzione di pressione sulla deriva.
Nella figura seguente viene rappresentata come esempio la componente lungo Y della distribuzione di pressione sulla sezione di incastro della deriva.
Fig.4.35 - Distribuzione di pressione nella sezione di incastro della deriva -
Lanciando l'analisi in Patran si permette la realizzazione del *.bdf da lanciare poi con Nastran.
I comandi sono i seguenti:
Analysis>analyze>entire model>analysis deck.
Attraverso questo comando viene creato un file di testo controllabile e modificabile.
Solution type>linear static>solution parameters>results output format>op2.
L'*.op2 è un file binario di interfaccia tra Nastran e Patran con il quale i dati vengono caricati su Patran e salvati nel database.
Fig.4.36 -Comandi per lanciare l' analisi -
subcases>create>output request.
Attraverso questo comando viene creato un subcases, selezionando il load_case creato precedentemente, in cui si richiedono i diversi output. Vedere figura ( spostamenti, stress, forze di reazione vincolare, carichi applicati, forza negli elementi e grid point balance che serve per l'analisi freebody).
Fig.4.37 - Creazione subcases -
In Subcase select viene infine selezionato il sub case creato precedentemente, cioè pressioni_e_incastro.
Settati tutti i parametri dell'analisi si può lanciare la simulazione.
Creato il file *.bdf è necessario lanciarlo attraverso il programma Nastran, che effettua l'analisi dando come uscita diversi file.
Il file *.f06 serve per leggere tutte le informazioni create da Nastran, (spostamenti, stress e così via).
Il file *.op2 viene usato da Patran per poter leggere graficamente i risultati e sarà anche quello richiesto successivamente da STAR-CCM+ per importare gli spostamenti ed effettuare una nuova simulazione fluidodinamica con la deriva deformata.
Per poter leggere i risultati in Patran è necessario attaccare il file *.op2 attraverso il comando:
Analysis>Access Results>Read Output2>Result Entities>Select results file.
Fig.4.38 -Viene agganciato il file *.op2 -
Attraverso Translation Parameters… è possibile richiedere l’opzione di visualizzazione delle rotazioni nodali.
Fatto ciò, attraverso l'icona Results, si possono visualizzare tutti gli output richiesti.
Fig.4.39 -Deformazione Deriva -
Nel nostro caso siamo interessati alle deformazioni, che successivamente vengono importate in STAR-CCM+, e alla forza totale di reazione vincolare lungo y usata per verificare che i carichi siano stati importati correttamente. Infatti la forza FY risultante deve essere uguale a quella trovata nel report di
STAR-CCM+.
Fig.4.41 - Lettura della forza FY nel file .f06 di Nastran -
È importante notare che ad ogni passo iterativo la struttura viene ipotizzata scarica e in deformata e caricata con la distribuzione di pressione i-esima per ottenere la deformazione i-esima (vedi fig.4.42).
Passo 2
4.4.3 Analisi fluidodinamica
Questa analisi, a differenza di quella relativa al passo 1, è associata alla geometria deformata. Risulta quindi necessario modificare la griglia della simulazione fluidodinamica secondo le informazioni contenute nel *.op2.
Tale modifica avviene utilizzando lo strumento: Tool>Motion>Morphing.
Questo strumento è capace di modificare le superfici della griglia secondo svariati criteri, ad esempio tramite una funzione definita dall’utente o, come nel caso in questione, tramite la funzione di campo Mappa degli Spostamenti.
Per creare questa funzione è necessario, dopo aver importato il *.bdf come nel passo1, importare il file *.op2 attraverso l’opzione Import CAE data solution.
Fig.4.43 – Figura import data options -
Un’ulteriore finestra apparirà per definire tutti i parametri dell’importazione definiti di seguito:
- Data Type specifica se le informazioni sono associate a vertici o superfici.
- Field Name specifica il tipo di dato da leggere, ad esempio temperatura o spostamento (Displacement)
- Units permette la scelta delle unità di misura del modello da leggere.
A questo punto è necessario mappare il campo di deformazioni relativo ai vertici della griglia strutturale, sulla griglia superficiale di Star, procedendo come mostrato nel Passo 1, stando attenti a spuntare l’opzione Map direction: Imported model to STAR-CCM+.
Fig.4.44 – Map data -
È possibile effettuare un controllo qualitativo della mappa degli spostamenti, visualizzandola sulla superficie di riferimento in una scena e confrontandola con la mappa ottenuta direttamente in Patran.
Attivato il Morphing tool, sarà necessario scegliere quali Regioni fluidodinamiche sono da esso interessate, andando a modificare il parametro motion (da Sationary a Morphing) nella sezione proprieties della regione di interesse. Nel caso analizzato è stata creata una sola regione nominata Fluid.
Fig.4.45 – Morphint settings -
Per scegliere quali superfici devono essere modificate con il morphing si deve selezionare la superficie di interesse ed in Physics Values modificare il parametro method, selezionando come field function la Mappa degli Spostamenti.
A questo punto è necessario procedere con un passo di simulazione in Star per consentire al programma di modificare la griglia strutturale.
È importante precisare che lo strumento di Morphing è nato per le simulazioni di tipo non stazionario, in cui ad ogni modifica della griglia si associa un intervallo di tempo. Nell’ottica di voler ottenere solo la deformata finale media della struttura perde significato il concetto di tempo di simulazione.
Terminata la simulazione è possibile visualizzare e controllare la deformata della griglia direttamente dalle scene della simulazione (fig.4.47).
Fig.4.46 – Confronto tra mappe di deformazione –
È ora possibile impostare ed avviare la simulazione stazionaria, esattamente come fatto al passo 1, dopo aver deselezionato tutte le opzioni relative al morphing.
Fig.4.48 – Dettaglio griglia strutturale indeformata -
Per esportare il campo di pressione è necessario deformare anche la griglia strutturale importata, rimasta nella configurazione iniziale, tramite l’opzione Deform Using Imported Surface Displacements.
Il risultato di questa simulazione è la distribuzione di pressione necessaria per l’analisi strutturale del passo2.
4.5 Analisi di convergenza
Procedendo in maniera equivalente al passo 2 per tutti i passi ad esso successivi si ottiene un metodo iterativo per definire la configurazione deformata dell’ala. Risulta così necessario definire uno o più criteri di convergenza.
n°Step Lift DLift % Spostamento MAX DSpostamento MAX % 1 11,82 [KN] - 62,50 [m] - 2 11,51 [KN] 2,570 60,00 [m] 4,00 3 11,49 [KN] 0,164 59,80 [m] 0,33 4 11,49 [KN] 0,002 59,80 [m] 0,00
Tab.4.3 – Analisi di convergenza -
Nel caso in esame è stato scelto un criterio di tipo fluidodinamico, la forza di portanza complessiva (Lift), ed uno strutturale, la deformazione massima. I risultati in questo modo ottenuti mostrano che la variazione di forza e di spostamento massimo dopo il quarto passo non siano più apprezzabili.
Fig.4.50 – Grafico di convergenza del Lift -
11,45 11,50 11,55 11,60 11,65 11,70 11,75 11,80 11,85 1 2 3 4
Lift
n° Passo Lift [KN]Attraverso i grafici del Lift e dello Spostamentio-MAX è chiara la convergenza raggiunta al quarto passo iterativo.
Fig.4.51 – Grafico di convergenza dello Spostamento-MAX -
59,5 60,0 60,5 61,0 61,5 62,0 62,5 63,0 1 2 3 4
