INITIATION à SOLIDWORKS – FLOW SIMULATION : OPTIMISATION DE L'AERODYNAMISME
Afin de mettre en évidence le comportement fluidique, nous allons étudier un « véhicule » ( maquette de type course en cours ) et l'influence de ses formes sur ses performances. Cette activité utilise SolidWorks Flow Simulation.
Mise en situation :
Outre l'aspect propulsion ( non étudié ici ), 3 aspects importent pour que le Dragster soit performant :
• la masse
• les frottements solides
• les frottements fluide ( et donc l'aérodynamisme )
Nous allons nous intéresser ici au troisième aspect.
Création de l'assemblage :
Les fichiers objets de cette étude se trouvent dans le dossier .. /CO2car/SW_CO2_Car_Files_2010
• Ouvrir Solidworks 2010
• Vérifier que le complément Flow-Simulation est activé
• Ouvrir la pièce « CO2 Car Blank »
• Ouvrir un nouvel assemblage.
• Dans le menu « Affichage », sélectionner « Origine » afin de faire apparaître celle de l'assemblage
• Importer la première pièce en la sélectionnant dans la fenêtre de gauche et cliquer sur l'origine de l'assemblage afin de la faire coïncider avec celle de la pièce importée ( très important pour la suite !! )
• Enregistrer votre assemblage sous le format « dragster_votrenom »
• Importer 2 fois les roues « front wheel » et « rear wheel »
• Imposer des contraintes de coaxialité avec le corps du dragster
• Ne pas imposer des contraintes de coïncidence avec les flans du dragster, mais des contraintes de distance ( 21,50 mm )avec le plan de symétrie du corps, afin de pouvoir ensuite modifier les
formes et améliorer
Principe de l'analyse du comportement aérodynamique :
L'analyse se déroule en 4 points :
• création du design à étudier ( déjà fait pour nous ). Il peut s'agir d'une pièce ou d'un assemblage.
• Création du projet « solidworks flow simulation »
• Execution de la simulation
• Exploitation des résultats
Ce type d'analyse fonctionne pour étudier dynamiquement l’effet de fluides ( eau, huile, air …) sur des objets, des structures, mais permet aussi les prévisions météorologiques ou encore de trafic routier !
Le principe du calcul repose sur
• la conservation de l'énergie
• les transferts de chaleur
Barres d'outils de Flow Simulation
Création du projet
• dans le menu flow simulation, cliquer sur « projet - wizard » ou alors sur l'icône « wizard » de la barre d'outil « Flow simulation main » si elle est affichée.
• Donner le nom « étude 20 » à ce projet ( pour 20 m/s )
• cliquer sur Next Système d'unités
• Choisir unités « SI » et vérifier que « velocity » ( ie vitesse) est en m/s. Dépliez les sous menus pour voir si les paramètres par défaut sont conformes
• cliquez sur next Type d'analyse
• choisir « External » comme type d'analyse ( Internal est à choisir si vous voulez faire une étude d'écoulement dans une conduite )
• sélectionner les deux options à droite
• choisir comme axe de référence : axe Z
• cliquez sur next
Définition du fluide
• dans le menu « gases », selectionner « Air » et cliquer sur « Add »
Note : Flow Simulation offre une base de données assez complète. Une étude peut-être faite avec des fluides soient compressibles soient incompressibles. On ne peut pas mener une étude avec des fluides des deux catégories.
• cliquez sur next Wall condition
• ne rien changer
• cliquez sur next
Conditions initiales
• imposer la vitesse de l'écoulement dans la direction Z : - 20 m/s
Résolution des résultats
• choisir une résolution de 4, qui offre un bon compromis entre précision et temps de calcul.
• Cliquez sur Finish
L'étude est maintenant crée. Un onglet est apparu dans la partie gauche de la fenêtre, au niveau de l'arbre de création
Computational Domain
Flo Simulation s’appuie sur la définition d'un volume de calcul. Il est visible sur la figure à droite
Nous allons le modifier pour l'adapter à notre objet d'étude : le Dragster.
Comme le dragster présente un plan de symétrie (plan YZ), nous allons en profiter pour limiter notre volume d'étude et ainsi alléger le calcul. Attention, il faudra tenir compte de ce choix quand nous interpréterons les
résultats : l'effort exercé par l'air sur le dragster sera en fait le double de celui que la simulation nous donnera
Modification de la taille du domaine:
• dans l'onglet du projet, étendre le menu « Input Data »
• cliquer sur Computational Domaine
• régler les paramètres comme dans la figure ci-dessous.
• Ne pas cliquer sur ok mais sur l'onglet « boundary condition » ( ie condition aux frontières )
Condition aux frontières
• Définir la symétrie au niveau de Xmin :
• cliquer sur OK
Votre domaine d'étude doit ressembler à cela ( si ce n'est pas le cas, c'est peut-être que votre dragster n'est pas correctement positionné par rapport au repère d'origine de l'assemblage )
Goals ( objectifs )
Nous allons définir ici les objectifs de l'étude.
• Cliquer sur « Goals », et sur « global goals »
• Cocher la case MAX en face de la ligne « Z –
Component of Force », comme sur la figure ci-dessous.
• Valider en cliquant sur la croix verte
• Ajouter un nouvel objectif en cliquant avec le bouton droit sur
« Goals » et en choisissant « add a new global goal »
• Sélectionner « Y – Component of Force »
• Valider
Vous devez voir apparaître les différents objectifs, comme dans la figure ci-dessous
• Renommer ces « goals » en cliquant droit sur le nom et en choisissant
« properties ».
• On nomme Trainée la composante de l'effort sur l'axe Z
On nomme portance la composante
Execution de l'étude
Trois possibilités existent :
• clic-droit sur « étude 20 « dans l'arbre de l'onglet flow simulation, et choisir « Run »
• dans le menu « Flow Simulation » , « Solve » , « Run »
• dans la barre d'outil si elle est affichée
• Lancer la simulation en cliquant sur Run. Le calcul peut prendre quelques minutes.
• Pendant la simulation, la fenêtre du solver s'ouvre :
Dans la fenêtre du solver, on peut avoir accès aux statistiques du calcul ainsi qu'aux résultats de simulation, en terme d'efforts de traînée et de portance :
• Cliquer sur les icônes :
Analyse des résultats :
Accès aux résultats :
• Charger si nécessaire ( reprise d'une étude ultérieure ) les résultats : clic-droit sur « Results » dans l'arbre de simulation et choisir « Load Results »
• Ajuster les « View Settings » : clic droit, et choisir les limites de l'affichage pour le champ de pression. Il ne faut pas laisser les paramètres par défauts, puisqu'ils changeront si l'ont refait la simulation après avoir changé la forme du dragster : les couleurs sur les différents graphiques de résultats ne correspondraient pas et il serait donc difficile de comparer ces résultats.
Choisir donc P min = 101070 Pa et P max = 101600 Pa
• Faire la même chose si vous voulez comparer d'autre paramètres.
Insertion de courbe de résultats
• Insérer une courbe : clic-droit « Surface Plots » , « insert »
• Cliquer « Use all faces »
• Cliquer « Contours »
Interprétation des résultats
Plus les pressions sont fortes et plus l'écoulement à du mal à se faire
Trajectoires du fluide
• clic-droit sur « surface plot » et sur « hide » afin de visualiser plus facilement l'écoulement
• clic-droit sur « flow trajectories », et sur « insert »
• Sélectionner les faces avant, dessus, et gauche du corps du dragster, ainsi que les faces des roues avant et arrière
• Choisir « 50 » comme nombre de trajectoires
• Pour le tracé , choisir « line with arrow »
• Laisser les autres paramètres comme ils sont
• Valider
• Insérer une nouvelle vue, en sélectionnant le plan Droit dans l'arbre de création de l'assemblage
• Prendre 200 comme nombre de trajectoires
• Afficher non plus les flèches « arrow » mais juste « lines »
