Diese Fallstudie demonstriert die Fähigkeiten von shonDy und shonMesh bei der Simulation komplexer Fahrzeugszenarien, insbesondere eines Fahrzeugs, das durch einen Kanal mit Geschwindigkeitsschwellen und wassergefüllten Pfützen fährt. Die Simulation bietet Einblicke in die Interaktion des Dämpfungssystems des Fahrzeuges mit Flüssigkeiten.
Fallbeschreibung
In diesem Fall fährt das Auto durch einen Kanal mit den in der folgenden Abbildung dargestellten Abmessungen. Innerhalb des Kanals gibt es einen Abschnitt mit Bodenschwellen. Die Lücken zwischen den Fahrbahnschwellen füllen sich mit Wasser und bilden Pfützen. Das Segment mit den Geschwindigkeitsschwellen beginnt etwa 8 Meter in der Rinne, und die Gesamtlänge dieses Segments beträgt etwa 14 Meter. Das Auto fährt mit einer Geschwindigkeit von 20 km/h durch Pfützen, die bis zu 8 cm tief sind.
Geometrie
Die Geometrie des Kanals wurde auf der Grundlage der obigen Skizze mit shonMesh erstellt, während die Geometrie des Fahrzeugs das DrivAer Model ist, das am Institut für Aerodynamik und Strömungsmechanik der Technischen Universität München entwickelt wurde. Dieses Modell dient als generischen Ansatz, der dazu entwickelt wurde, die Lücke zwischen stark vereinfachten Modellen wie dem Ahmed-Körper und komplexen Serienfahrzeugen zu schließen.
Die STL-Datei ist in der folgenden Abbildung zusammen mit der 3D-Geometrie des Kanals, einschließlich der Bodenschwellen, dargestellt.
Das linke Bild unten zeigt eine detaillierte Ansicht der Geschwindigkeitsschwellen. Die genaue Geometrie der einzelnen Schwellen ist wie folgt: Die Fahrbahnschwellen sind 3,9 m breit und 12 cm hoch, mit drei Fahrbahnschwellen auf jeder Seite des Kanals. Die rechte Seite beginnt eine halbe Schwelle früher als die linke.
Das rechte Bild zeigt die Fahrbahnschwellen (transparent) und die Geometrie der Flüssigkeit in den Pfützen. Jede Pfütze enthält etwa 100 Liter Wasser.
Simulations Setup
Bei dieser Simulation setzt sich das Auto mit einer Verzögerung von 1 Sekunde in Bewegung, beschleunigt innerhalb von 2 Sekunden von 0 auf 5,5 m/s und behält diese Geschwindigkeit bis zum Ende der Simulation bei. Die Gesamtsimulationszeit beträgt 10 Sekunden, was der Dauer entspricht, die für die Durchquerung des gesamten Kanals erforderlich ist. Die genauen Geschwindigkeitsprofile sind im folgenden Diagramm dargestellt.
Setup der Flüssigkeit
Der Flüssigkeitsbereich ist in vier gleich große Pfützen mit einem simulierten Flüssigkeitsvolumen von insgesamt 0,39m3 unterteilt. Jede Pfütze enthält ungefähr das gleiche Wasservolumen. Für diese Simulation wurde ein Partikelradius von 2,5 mm verwendet, was zu einer Gesamtzahl von etwa 3,1 Millionen Partikeln führt. Diese hohe Partikelauflösung gewährleistet eine genaue Darstellung des Flüssigkeitsverhaltens, wenn das Auto mit den Pfützen interagiert.
Ergebnisse
Das folgende Video gibt einen Überblick über die Simulationsergebnisse. Sie verdeutlicht die Verformung der Aufhängung des Fahrzeugs beim Überfahren von Bodenwellen und Rampen im Kanal. Darüber hinaus zeigt das Video die Verteilung und die Bedeckungsrate der Flüssigkeit auf dem Fahrzeug, wobei der Bereich um den rechten Vorderreifen besonders hervorgehoben wird.
Reaktion des Dämpfungssystems
Die nachstehenden Diagramme veranschaulichen die Reaktion des Dämpfungssystems des Fahrzeugs im Laufe der Zeit. Das linke Bild zeigt die Verformung der Hinterradaufhängung, während das rechte Bild den Schwerpunkt auf die Vorderradaufhängung legt. Anhand dieser Erkenntnisse lässt sich analysieren, wie die Dynamik des Fahrzeugs auf die Bodenwellen und die Interaktion mit der Flüssigkeit reagiert.
