疾速争锋,仿真助力

作者:Ferdinando Cannizzo,意大利马拉内罗法拉利GT赛车研发负责人

作为长期使用工程仿真技术的用户,法拉利GT赛车利用ANSYS所提供的新一代自动网格划分功能,将仿真效率提升300%,也大大加快了新款赛车的设计进程,助力快速驶入赛道。法拉利因其速度、高质量和精细的工程设计闻名于世,而GT赛车再次展现并强化了公司在汽车行业的领先地位。

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Ferrari Competizioni GT car simulation

“法拉利工程师现在能在同样的时间运行较之以前3倍的CFD仿真,能够更快地研发汽车。”

作为汽车行业速度与性能的标杆,一直以来法拉利是豪华跑车界的翘楚,其高级跑车Gran Turismo(GT赛车)的成功表现也同样令人瞩目。每年,法拉利GT赛车会组织参与约25场国际赛事,挑战来自世界各地的赛车队。

法拉利工程师持续优化车辆设计的空气动力学和其它特性,旨在拔得头筹,巩固品牌领导地位。

每隔2-3年,法拉利GT赛车工程团队就会要求自己在12个月的时限内开发一款升级版GT赛车。这些改动不仅要提高性能,还要符合国际汽车联盟(FIA)出台的新行业标准。

设定节奏

如此紧张的时限,想要在激烈的竞争中获胜,法拉利毅然决定运用极具创新的工程技术。自1998年以来,法拉利与ANSYS展开合作,一直采用最新的仿真功能和行业一流的工程仿真方案。

多年来,法拉利GT赛车利用ANSYS Fluent计算流体动力学(CFD)软件的功能,优化其空气动力学性能。作为耗时且成本高昂的物理风洞测试的补充,虚拟环境下的CFD仿真让法拉利获益匪浅。与打造物理原型相比,工程师能更快利用虚拟3D车辆进行设计,然后评估大量几何结构变化对模型空气动力学性能的影响。这使得法拉利产品研发团队能为技术超前的设计方案构建成本高昂的缩比原型,并通过物理风洞测试验证其性能。

事实证明这套流程非常成功,能为新赛车的整个设计周期节省时间与成本。此外,法拉利对ANSYS Fluent的功能与仿真精确性印象深刻,尤其是为湍流等高度复杂的物理现象建模,CFD仿真结果以极高精确度成功预测风洞测试结果。

近期,法拉利GT赛车与ANSYS达成协议,其工程团队将进一步使用ANSYS Fluent中突破性的全新仿真功能⸺基于Mosaic的Poly-Hexcore网格划分

Ferrari GT Mosaic-enabled  mesh
通过为赛车底盘创建精细的网格,法拉利GT赛车工程团队可以仿真和优化空气及其它作用力的影响,这些作用力都会影响现实比赛条件下的车辆性能
Ferrari GT Mosaic-enabled  mesh
Fluent基于任务的网格划分流程能加速为复杂几何模型创建高质量Mosaic网格,例如法拉利GT赛车的底面
race car CFD flow votices
ANSYS Fluent仿真结果展示了法拉利GT赛车的锐角和车体细节形成的流涡流

打破窠臼

在过去,法拉利工程师使用ANSYS Fluent生成赛车外流场的精细网格,从而实现极高精度的流仿真。然而,创建精细网格需要较高的专业技能以及数小时的操作时间来优化网格质量,从而造成每次CFD仿真耗时极长,相应的运行时间也极为漫长。

通过与ANSYS合作,法拉利GT赛车研发团队实现了合理的网格分辨率和高运算速度。通过运用ANSYS Fluent中基于Mosaic的Poly-Hexcore网格划分功能,法拉利工程部门能够以较少的单元数量实现更高水平的仿真精度,从而减少手工操作时间并加快求解速度。Fluent求解器能非常高效地生成六面体核心网格,实现工作效率的提升。

此外,网格划分功能也支持全自动网格划分,几乎不需要用户干预,在定义了新的设计参数后,其表面网格会自动分区并发送到分布式并行计算架构的不同核。通过Mosaic技术批量执行网格划分所涉及的重复性任务,再结合可靠的Fluent Meshing本地脚本编写,即便是经验不足的工程师也能将网格划分速度和效率提升4倍。

这意味着法拉利设计人员凭借Fluent基于任务的网格划分工作流程以及内置的自动化功能,可以快速研究大量几何结构参数变化。过去,用户必须创建定制脚本才能在Fluent中实现自动网格划分,但现在仅需几小时就能导入全新的车辆几何模型并自动进行网格划分。

Mosaic网格划分等ANSYS Fluent的创新技术为法拉利GT赛车带来工作流程和生产效率的极大提升。这一自动化工作流程可以减轻用户的学习负担,最小化人为失误的几率,让工程师能专注于更高价值的工作,最终提高工作效率。这有助于法拉利研发团队每3年完成一次产品重大革新,并用有限资源在不到1年的时间里为赛季准备新型赛车。

在Mosaic的Poly-Hexcore网格划分功能的帮助下,法拉利工程师能够将网格数量减少15%。在此基础上,结合新的六面体主导网格,让求解时间缩短一半,这对于一家极度关注速度的企业来说是一次巨大的改进。通过采用Mosaic技术和Fluent端到端工作流程,法拉利工程师现在能在同样的时间运行较之以前3倍的CFD仿真任务,能够更快地研发汽车。

GT car Fluent simulation
GT car Fluent simulation
GT car Fluent simulation
ANSYS Fluent仿真展示了围绕法拉利GT赛车的等压线和空气流速分布

“这一自动化工作流程可以减轻用户的学习负担,最小化人为失误的几率,让工程师能专注于更高价值的工作,最终提高工作效率。”

法拉利与ANSYS联盟:双赢组合

Mosaic-enabled meshing
支持Mosaic的网格划分

GT竞速比赛一直是法拉利公司的DNA,法拉利GT赛车将在2019年赛季揭晓两款赛车:488 GTE和488 GT3。这两款涡轮发动机赛车将参加极为严苛的耐力赛及非常重要的全国和国际GT系列赛事。488 GTE已在国际汽联世界耐力锦标赛上赢得两项制造商冠军,而488 GT3已在230多场比赛中胜出,获得两个IMSA GTD级冠军和一个亚洲勒芒系列赛冠军。

法拉利与ANSYS的合作是这一辉煌赛道战绩的关键因素。在现代比赛环境下,仿真能为GT赛车应对艰巨挑战提供可靠的工具,而且已经成为不可或缺的工具。如果没有仿真,就没有赛队真正以合理的成本和时间赢得比赛,法拉利GT赛车使用ANSYS提供的高级仿真功能(包括Mosaic网格划分和完全自动化的工作流程)可以进行设计开发,在赛道上展现卓越的性能优势。

2019年6月,法拉利赛队驾驶488 GTE连续第36次赢得勒芒24小时赛,创下里程碑式的成就。

法拉利将继续大力投入包括工程仿真在内的研发,确保公司始终站在技术变革的前沿。升级或改造其汽车产品,不断推出新款车型,这需要法拉利采用行业一流的工程解决方案以持续保持领先地位。

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