WORKFLOW
Modelovanje u Rhinu (komande):
- Šasija: SubDBox + Reflect + Pomeranje tačaka (nos, motor, kokpit
- Točkovi i felne: Solid Cilindri + Boolean operacije
- Veze: SubDBox + Solid Cilindri + Mirror
- Aerodinamička krila: Polycurve + Extrude + Boolean operacije
- Retrovizori: Sphere + Boolean operacije + Pipe komanda za nosače.
Generisanje 40 iteracija u Rhinu:
- Višestruka primena alatke QuadRemsh na originalni F1 model
- Eksponencijalno smanjenje i uprošćavanje topologije (od V8 najsloženije do V1 najjednostavnije)
- Odabir 8 reprezentativnih varijacija (V1 do V8)
Filtriranje i Odabir Modela na CFD Analizu:
- Odbačene V1 i V4: Previše slične modelima V2 i V5 po izgledu u geometriji
- Odabrane V2, V3. V5, V6 za potpunu analizu
Testiranje Alternativnih Pristupa i Konverzija:
- Primarni pristup: .STEP konverzija (Provera Naked Edges / Non-Manifold / Self-Intersecting)
- Alternativa1: Izvoz u .STL format (Nepovoljno za Watertight CFD analizu)
- Alternativa2: Grasshopper QuadRemesh/RebuildMesh (Modeli neupotrebljivi za CFD analizu)
Uvoz i Evaluacija u AutoDesk CFD 2027
- V2, V3, V5, V6 (Prva .STEP iteracija bez Naked Edges) – Prošle simulaciju Aerotunela
- V7 (Nakon desete .STEP iteracije su i dalje pronađene Naked Edges) – Nemoguće učitati u simulator
- V8 (Nakon druge .STEP iteracije nisu pronađene Naked Edges) – Učitana u simulator, ali nemoguć meshing
INICIJALNO MODELOVANJE F1 BOLIDA U RHINU
Rad na modelu započeo je kreiranjem osnove šasije pomoću SubDBox komande. Upotrebom opcije Reflect obezbeđena je automatska simetrija tela vozila u odnosu na uzdužnu osu. Pomeranjem SubD kontrolnih tačaka oblikovani su nos bolida, prostor za motor i vozački kokpit.
Točkovi i felne su izmodelovani polazeći od Solid Cylinder koji je oblikovan i bušen Boolean operacijama. Veze između točkova i trupa nastale su kombinacijom manjih SubD box elemenata i spajanjem sa cilindričnim telima. Celokupan sklop je pomoću komande Mirror i preciznih referentnih tačaka preslikan na suprotnu stranu vozila. Prednje i zadnje aerodinamičko krilo oblikovani su Extrude opcijom uz naknadne Boolean operacije bušenja i obrade ivica. Retrovizori su izrađeni od isečenih sfera i povezani sa trupom cevastim metalnim nosačima kreiranim pomoću Pipe komande.
GENERISANJE I REDUKCIJA VARIJACIJA
Originalni model je podvrgnut sukcesivnoj primeni alatke QuadRemesh ukupno 40 puta. Svaka naredna verzija dobijala je znatno glađu topologiju, jednostavniju formu i manje dimenzije:
- Od 40 verzija odabrano je 8 karakterističnih varijacija, gde je V1 najjednostavnija (oblikom nalikuje sferi), dok je V8 najsloženija i najbliža originalnom F1 bolidu.
- Razlog odbacivanja varijacija V1 i V4: Model V1 je odbačen jer je geometrijski previše nalikovao modelu V2, dok je V4 odbačen jer je po formi bio identičan modelu V5. Time su 4 primarna modela (V2, V3, V5 i V6) prošla u dalju detaljnu CFD analizu.
PROBLEM I ZAHTEVI CFD-a PRI UVOZU GEOMETRIJE
CFD simulator traži potpuno zatvoreno zapreminsko telo, tj. Watertight Solid, bez ijednog otvora i sa jasnom granicom zida.
Prevođenjem zakrivljene SubD geometrije u .STEP format dolazi do mikroodstupanja na spojevima površina, što stvara nezatvorene ivice, Naked Edges.
Agresivan QuadRemesh na složenom modelu (poput V7 i V8) stvara mikro-poligone koje CFD ne može da razreši, pa stvara pukotine pri generisanju mreže ili uvozu.
ALTERNATIVNI PRISTUPI I UOČENE GREŠKE U KONVERZIJI
Grasshopper QuadRemesh: Isprobana je automatizacija preko Grasshopper-a, ali generisane geometrije uopšte nisu mogle biti importovane u Autodesk CFD program.
.STL vs .STEP konverzija: Testirana je konverzija u .STL mesh format umesto .STEP brep formata. Međutim, za precizne proračune aerotunela u Autodesk CFD-u, .STEP se pokazao kao neophodan format za ispravno definisanje granica fluida.
Problem sa Naked Edges: Kod složenijih geometrija (poput V7 i V8), prilikom konverzije u .STEP format uvek su se pojavljivale greške tipa naked edges. Čak i nakon manualne kontrole i popravki u Rhinu, ponovnim eksportom u .STEP iste greške su se rekreirale.
Svi modeli koji su uspešno simulirani u CFD okruženju (V2, V3, V5, V6) odlikovali su se time što nisu imali nijednu grešku tipa naked egdes. nakon prve iteracije konverzije u .STEP format.
ANALIZA PONAŠANJA SLOŽENIH GEOMETRIJA (V7 i V8) U CFD-u
Varijacija V7 (1,041 vertices, 1,077 faces): Zahtevala je čak 10 iteracija .STEP konverzije zbog konstantnog pojavljivanja naked edges grešaka. Zbog toga je geometriju bilo nemoguće uopšte učitati u CFD simulator.
Varijacija V8 (4,895 vertices, 5,163 faces): Iako je predstavljala najdetaljniji model najbliži originalnom bolidu, uspela je da se importuje nakon 2 iteracije konverzije, ali CFD simulator nije mogao da generiše mesh. Simulator nije mogao da razreši izuzetno sitne i zbijene mrežne elemente.
POREĐENJE GEOMETRIJE SA REZULTATIMA CFD ANALIZE (V2, V3, V5, V6)
Sve četiri uspešne simulacije izvedene su pod identičnim uslovima: ulazna brzina vazduha 20m/s i 100 iteracija.
V2 (najjednostavnija): 24vertices, 22faces. U CFD-u je generisala 10 656vertices i 40 831meshes. Vreme rešavanja: 915 s.
V3: 42vertices, 40faces. U CFD-u: 11 097vertices i 41 067meshes. Vreme rešavanja: 882 s.
V5: 110vertices, 110faces. U CFD-u: 14 185vertices i 52 521meshes. Vreme rešavanja: 921 s.
V6 (najsloženija): 514vertices, 513faces. U CFD-u: 6,490 čvorova i 21,673 elementa. Vreme rešavanja: 1,052 s.
MAX STATIČKI PRITISAK:
- V2: 3,958.93 dyne/cm2
- V3: 3,233.41 dyne/cm2
- V5: 2,933.12 dyne/cm2
- V6: 1,811.55 dyne/cm2
Postoji jasan trend smanjenja vršnog pritiska kako geometrija prelazi iz jednostavne ”blob” forme (V2) ka aerodinamički raščlanjenijoj formi F1 bolida (V6).
BRZINE STRUJANJA PO OSAMA (x, y, z):
- V2: Maksimalna poprečna brzina Vy = 3,204.25 cm/s, uz uzdužnu Vx = 1,498.48 cm/s
- V3: Vx = 939.53cm/s, Vy = 2,938.19 cm/s, Vz = 992.41cm/s
- V5: Vx = 595.14 cm/s, Vy = 2,963.94 cm/s, Vz = 841.37 cm/s
- V6: Vx = 966.25 cm/s, Vy = 2,784.67 cm/s, Vz = 715.01cm/s
PRITISAK NA POVRŠINU VOZILA:
- V2: po y-osi iznosi 3.15 x 10^11 dynes, uz silu smicanja od 1.60 x 10^11 dynes
- V3: po y-osi raste na 1.60 x 10^12 dynes, a po z-osi pada na -5.93 x 10^12 dynes
- V5: po y-osi je 1.76 x 10^12 dynes, po z-osi -1.48 x 10^13 dynes
- V6: po y-osi dostiže 7.99 x 10^12 dynes, po z-osi iznosi -4.15 x 10^13 dynes
ZAKLJUČAK
Prisustvo grešaka poput naked edges onemogućava izvođenje simulacije vetra u CFD okruženju. Uspešni modeli su isključivo oni koji su prošli čistu .STEP konverziju bez geometrijskih prekida.
Preveliki broj poligon/faces elemenata dobijen nakon smanjenja QuadRemesh alatkom (primeri V7 i V8) dovodi do kraha u CFD-u – bilo pri samom učitavanju ili pri pokušaju generisanja mreže fluida.
Model V6, iako geometrom složeniji, produkuje značajno manji maksimalni lokalni pritisak u poređenju sa jednostavnijim modelom V2, omogućavajući optimalnije strujanje vazduha oko bolida.