空气动力学模拟方法模拟运动中的汽车及其轮胎

由流体动力学专家开发的一种新的模拟方法能够模拟复杂几何物体周围和通过复杂几何物体的流动动力学，例如移动汽车及其轮胎周围的复杂空气动力学。结果可以在视频中看到(见“汽车和轮胎流体动力学模拟)由Takashi Kuraishi制作，Takashi Kuraishi是George R. Brown工程学院Tayfun Tezduyar实验室的研究助理，James F. Barbour机械工程教授，也是早稻田大学教授和赖斯大学兼职教授Takizawa的学生。

Tezduyar说:“(Kuraishi)一直在提高计算的复杂性，从一个单独的轮胎开始，现在是汽车的其他部分。”

视频还展示了NURBS面-体导向网格生成方法的有效性，该技术由Tezduyar和Takizawa共同领导的高级流动模拟和建模团队开发，用于模拟复杂几何物体周围和通过的流动动力学。NURBS是非均匀有理基样条的缩写，这是一种描述三维形状的数学技术，并为涉及这种形状的流体和结构力学问题提供计算分析。

模拟显示了一个移动物体周围实际发生的情况，在这种情况下，一个普通物体周围的异常活动。使模型更加复杂的是，轮胎与路面接触，并在滚动时变形。

特兹杜亚尔说:“我们正在处理近乎真实的汽车和轮胎几何图形。”

“了解汽车及其轮胎周围的气流行为将有助于更好地理解它们的空气动力学性能，”仓石说。仓石在早稻田大学获得了本科、硕士和博士学位，在来到休斯顿之前，他在那里与Takizawa一起做了一年的博士后研究员。“如此复杂的模拟对于在设计和性能评估中提供现实的解决方案和可靠的答案非常重要。”

Tezduyar的实验室还为NASA的猎户座太空舱建模了回收降落伞，他说NURBS在计算分析中的应用近年来急剧增长，通过降低建模系统所需的“网格”点的数量，结合了效率和准确性。可以把网格想象成物体周围的流体网(如空气)，网格点存在于3D“元素”中。当物体移动时，点和元素也移动。

在一个移动的汽车模型中，使用NURBS的计算流分析使用了大约110万个点，这是习惯方法使用的数字的一小部分，同时保持了其准确性。研究人员说，这也降低了计算成本。

特兹杜亚尔说:“我们在汽车和轮胎周围安装了3D网格，在轮胎表面附近有更多的点，以获得更高的精度，这一点更重要。”“当轮胎旋转时，这些点和元素也会随之旋转，但问题是，当轮胎旋转时，在轮胎下面移动的元素会坍塌——这是其他方法无法处理的。我们的方法可以做到，而且它是获得精确模拟的关键。”

研究人员表示，他们渴望与科学家和工业界合作，为包括轮胎和汽车在内的复杂系统建模。

特兹杜亚尔说:“随着时间的推移，人们自然会考虑新的轮胎设计或改进。”“对于轮胎制造商来说，在投资生产原型车之前进行这种类型的模拟非常有益，因为这将为他们提供关于轮胎周围空气动力学的全面和详细的数值数据，这是其他任何方式都难以获得的。”

更多信息请参见“考虑路面接触和轮胎变形和旋转的汽车和轮胎空气动力学时空等几何分析”。