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I sistemi di combustione di nuova generazione sono sottoposti a vincoli sempre più severi. Le rigide normative sulle emissioni, un mercato competitivo, nuovi combustibili e nuove composizioni di carburante assicurano che rimanere competitivi sia più impegnativo che mai. Inoltre, nuove tecnologie come la produzione additiva creano possibilità illimitate per ottimizzare le geometrie della camera di combustione. Tuttavia, senza esperienza in questo settore è difficile per gli ingegneri applicare queste tecniche. Un gemello digitale ad alta fedeltà risolve questi problemi, consentendo la sperimentazione, l'esplorazione e l'ottimizzazione del design prima che esista un prototipo fisico di un prodotto. La valutazione efficace delle prestazioni del sistema di combustione è una sfida significativa per gli strumenti di simulazione odierni.

Per essere efficaci, questi strumenti devono essere in grado di:

• Analisi ad alta fedeltà per ottenere una valutazione accurata delle prestazioni reali. È necessario includere tutta la fisica, come le interazioni del rumore termoacustico, le scale temporali multiple, la produzione di emissioni a bassissimo livello e le nuove sostanze chimiche del carburante
• Velocità e scalabilità per eseguire simulazioni con una risoluzione sufficiente entro tempi di consegna pratici
• Esplorazione del design, necessaria per soddisfare vincoli di progettazione complessi, come i profili delle emissioni, ottenendo il miglior vantaggio competitivo con le prestazioni
• Gestione della geometria complessa per far fronte a nuove tecniche di produzione additiva

Oggi c'è un forte bisogno di simulazioni aerodinamiche esterne veloci e accurate. L'autonomia di un veicolo elettrico è un parametro decisionale chiave per i potenziali clienti e l'ottimizzazione/minimizzazione della resistenza aerodinamica per aumentare l'autonomia è un obiettivo ingegneristico cruciale. Inoltre, le nuove normative sulle emissioni richiedono la segnalazione del consumo di carburante delle singole configurazioni dei veicoli, che possono essere migliaia. Pertanto, le simulazioni devono essere in grado di prevedere con precisione la differenza nei valori di resistenza (delta) tra i progetti poiché ora è obbligatorio per lo sviluppo e la segnalazione ufficiale. In caso contrario, i produttori di apparecchiature originali (OEM) devono eseguire misurazioni in galleria del vento costose e dispendiose in termini di tempo.

Per abilitare queste simulazioni, gli utenti devono essere in grado di:

• Ridurre i tempi di preparazione della geometria e mesh migliaia di parti complesse in modo facile e veloce
• Eseguire centinaia se non migliaia di simulazioni con risultati coerenti e altamente accurati
• Sfruttare gli approcci di simulazione ad alta fedeltà per garantire la fiducia nei risultati
• Ridurre i tempi di configurazione e automatizza il flusso di lavoro di simulazione

Il mercato aerospaziale e della difesa di oggi è inondato di cambiamenti. La nuova mobilità aerea urbana e i progetti di velivoli senza pilota stanno spingendo oltre i limiti con nuovi approcci, incluso l'utilizzo di sistemi di propulsione integrati, corpi di sollevamento e/o motori elettrici. Allo stesso modo, una rinascita di interesse per i progetti supersonici e ipersonici sta guidando l'incorporazione di modelli fisici più sofisticati nella fluidodinamica computazionale di produzione (CFD).

Allo stesso tempo, i produttori aerospaziali devono far fronte a requisiti sempre più stringenti, sia normativi che competitivi, che si traducono in maggiori richieste di strumenti CFD. Pertanto, una moderna soluzione CFD deve facilitare le seguenti capacità:

• Modellare l'intera geometria e fisica necessaria per prevedere le prestazioni aerodinamiche del mondo reale, comprese le influenze dei sistemi di propulsione, delle superfici di controllo e del carrello di atterraggio
• Ridurre al minimo i tempi di progettazione e il lavoro manuale per impostare, eseguire e postprocessare le simulazioni aerodinamiche
• Automatizzare tutte le fasi del processo di simulazione per generare rapidamente database aerodinamici e analizzare una gamma completa di configurazioni di progettazione
• Ridurre i tempi di soluzione con la parallelizzazione e algoritmi di calcolo efficienti progettati per i moderni sistemi HPC (High Performance Computing)
• Consente studi di ottimizzazione automatizzati per massimizzare le prestazioni aerodinamiche in un ambiente di produzione

L'elettrificazione è uno dei principali pilastri dell'innovazione industriale. In questo campo, la progettazione moderna e l'ottimizzazione richiedono spesso un approccio multidisciplinare. Ad esempio, lo sviluppo di un motore elettrico potrebbe dover tenere conto dell'elettromagnetismo, del trasferimento di calore, della fluidodinamica, della meccanica strutturale, del rumore e delle vibrazioni. Un progetto realistico di un interruttore potrebbe dover includere radiazioni, ablazione delle pareti, erosione da contatto, ferromagnetismo e meccanica dei fluidi. Per affrontare un tale livello di complessità, le simulazioni numeriche avanzate sono uno strumento essenziale per un'analisi completa, economica e completa.

La simulazione è uno strumento fondamentale per la risoluzione dei problemi e la prevenzione dei guasti sul campo, la convalida delle prestazioni del prodotto e la previsione delle prestazioni dei progetti in condizioni reali. Per mantenere un vantaggio competitivo nel mercato frenetico di oggi, le aziende devono utilizzare la simulazione per guidare l'innovazione. L'esplorazione dello spazio di progettazione porta l'analisi ingegneristica al livello successivo guidando le decisioni di progettazione basate su obiettivi ingegneristici e prestazionali appropriati.

Sebbene le aziende concordino di dover ripensare alle proprie pratiche di simulazione per rimanere in gara, rimangono alcune sfide e ostacoli, come ad esempio:

• Guidare le modifiche parametriche dei modelli CAD (computer-aided design)
• Automatizzazione robusta del processo CAD-to-results
• Ricerca efficiente e senza sforzo dello spazio di progettazione
• Gestire ed estrarre informazioni da grandi set di dati

Gli ingegneri devono continuamente accelerare i processi di sviluppo e convalida dei prodotti e la simulazione è un modo eccellente per acquisire conoscenze sulle prestazioni del prodotto nelle prime fasi del ciclo di sviluppo. Tuttavia, il costo dell'infrastruttura informatica a volte può essere proibitivo, in particolare per le piccole imprese. Per aiutarti a superare questa sfida, Siemens Digital Industries Software ha stretto una partnership con Rescale, un'azienda che fornisce una piattaforma leader di simulazione di ingegneria cloud, per offrire ai clienti del software Simcenter un accesso immediato e su richiesta alle risorse di calcolo ad alte prestazioni (HPC).

L'ingegneria generativa sta guadagnando maggiore attenzione con l'industrializzazione della produzione additiva. L'uso dell'ottimizzazione della topologia (TO) per i problemi strutturali è stato adottato all'inizio per soddisfare le esigenze di ingegneria generativa pronte all'uso. In passato, i problemi centrati sul flusso di solito si concentravano su metodi di progettazione per tentativi ed errori, che portavano a progetti conservativi che non erano in grado di sbloccare i vantaggi della produzione additiva. L'ottimizzazione topologica per il flusso dei fluidi sfrutta tutto il potenziale della produzione additiva. Ti consente di:

• Generare automaticamente progetti ottimizzati utilizzando potenti metodi di ottimizzazione basati su gradienti
• Creare i primi concetti di design, che sono guidati da obiettivi ingegneristici senza bisogno di un progetto di partenza
• Progettare prodotti più performanti che soddisfino naturalmente i vincoli di confezionamento

Il mantenimento della fedeltà geometrica del prodotto senza influire in modo sproporzionato sulla velocità di simulazione è uno dei principali ostacoli nell'esecuzione di simulazioni ingegneristiche del mondo reale.

Con l'aumento della complessità del modello, gli ingegneri rischiano di dedicare troppo tempo all'esecuzione di attività manuali e ripetitive, come:

• Pulizia e rimozione della geometria CAD (computer-aided design) sporca o incompleta
• Combinazione di modelli CAD provenienti da varie fonti utilizzando più strumenti
• Preparazione di script per gestire l'aggiornamento delle varianti di design

Il calcolo ad alte prestazioni (HPC) accelera il ritmo dello sviluppo del prodotto massimizzando il throughput delle simulazioni ingegneristiche multidisciplinari, fornendo così un flusso costante di dati che influenza la progettazione del prodotto dall'inizio alla fine. Nell'era del multicore computing, il costo del software, non dell'hardware, nel tradizionale modello di licenza CAE (Computer Aided Engineering) sta diventando il fattore limitante nell'uso di cluster di elaborazione di grandi dimensioni. Quando il software di analisi viene concesso in licenza su base core, puoi finire con risorse di calcolo sottoutilizzate, limitando le tue ambizioni ingegneristiche. Siemens PLM Software offre opzioni di licenza innovative per il software STAR-CCM+ che sono convenienti e personalizzabili per soddisfare le vostre esigenze di simulazione e requisiti di produttività. Indipendentemente dalle dimensioni o dalla posizione delle tue risorse di elaborazione, la nostra licenza di alimentazione è progettata per garantire che tu possa massimizzare il valore del tuo hardware e sfruttare appieno il tuo investimento nelle nostre tecnologie di simulazione

Dall'avvento della fluidodinamica computazionale (CFD), la simulazione numerica è in continua evoluzione. Per rappresentare il più fedelmente possibile il comportamento nel mondo reale di un progetto, è necessario schematizzare accuratamente il movimento dei componenti e la complessità delle geometrie. Ci sono stati enormi miglioramenti nell'affrontare queste due sfide nel corso degli anni, ma la soluzione chiave a entrambi i problemi risiede in una tecnologia sviluppata dall'industria aerospaziale: l'approccio overset mesh (noto anche come Chimera o griglie sovrapposte). L'adozione di questa tecnologia per uso industriale è stata ostacolata dalla complessità dell'implementazione di codici CFD commerciali generici e dalla compatibilità limitata con vari solutori di fisica. L'implementazione della mesh overset nel software STAR-CCM+ ha portato questa tecnologia dai confini degli strumenti orientati alla ricerca a codici CFD commerciali generici. In questa scheda informativa, discuteremo le capacità della mesh overset in STAR-CCM+ e come può essere prontamente utilizzata per aumentare l'accuratezza della modellazione, ridurre i tempi di simulazione e migliorare i progetti.

C'è una spinta continua a incorporare un maggiore realismo nelle simulazioni ingegneristiche per comprendere meglio il comportamento del prodotto nelle prime fasi del ciclo di progettazione. Per raggiungere questo obiettivo, la complessità geometrica è in aumento e nell'analisi devono essere prese in considerazione più discipline ingegneristiche.

Entrambi questi requisiti hanno un impatto diretto e sono facilitati dall'effettiva generazione della mesh computazionale. Per creare rapidamente mesh di alta qualità e pronte per l'esecuzione, è necessario affrontare come:

• Geometrie mesh che hanno migliaia di parti complicate
• Riduci il tempo di ingranamento
• Rispondi ai requisiti di meshing unici per applicazioni specifiche
• Incorpora facilmente le modifiche al design nel processo di meshing

Le aziende nell'ingegneria dei processi industriali, in particolare nelle industrie chimiche, farmaceutiche e alimentari, affrontano sfide con l'analisi del flusso multifase, soprattutto quando sono coinvolti la sospensione di solidi, il flusso di fanghi o materiali altamente viscosi/viscoelastici. Le aziende hanno tradizionalmente utilizzato la simulazione fluidodinamica computazionale (CFD) per supportare molte sfide di miscelazione che non possono essere risolte con metodi analitici o sperimentali standard. Tuttavia, l'esecuzione della miscelazione della simulazione può richiedere una notevole quantità di tempo per creare la geometria, generare una mesh adatta e definire la fisica dettagliata. Admixtus è uno strumento di simulazione e mix di sviluppo prodotto virtuale che funziona perfettamente con il software STAR-CCM+ di Siemens PLM Software. Lo strumento consente di creare facilmente geometrie, generare simulazioni CFD ed eseguire analisi di recipienti agitati automatizzando in modo efficiente l'intero flusso di lavoro.

I servizi di Simcenter Engineering offrono un approccio scalabile e all-in-one per la gestione termica completa del veicolo (VTM) utilizzando il software Simcenter™ STAR-CCM+™. Analizzando e ottimizzando il flusso del fluido e il trasferimento di calore in tutto il veicolo per condizioni stazionarie e transitorie, gli ingegneri di Simcenter studiano le strategie di gestione termica e le prestazioni durante tutto il ciclo di sviluppo del veicolo. Aiutano anche ad analizzare i problemi dopo che i veicoli sono in produzione. Per garantire la durata prevista delle parti, l'efficienza e il corretto funzionamento del sistema, è fondamentale avere una conoscenza approfondita delle prestazioni termiche di un veicolo. Utilizzando la metodologia Simcenter VTM ed effettuando simulazioni dettagliate, le case automobilistiche ei fornitori possono fissare e raggiungere i propri obiettivi per la vita del prodotto, valutare le prestazioni del sistema e risolvere i problemi. Lo sviluppo di un'analisi completa basata sulla simulazione all'inizio della fase di progettazione consente di confrontare diverse configurazioni di veicoli, selezionare i progetti più efficaci e porre rimedio a potenziali problemi prima della produzione.

L'industria elettronica, e l'elettronica di consumo in particolare, è uno dei settori in più rapida crescita al mondo con requisiti rigorosi per le soluzioni termiche. La progettazione di dispositivi elettronici è un compito complesso e impegnativo che richiede il bilanciamento di numerosi obiettivi in ​​competizione. I progettisti spesso lavorano con rigidi vincoli di temperatura, restrizioni di dimensioni, limiti di peso e condizioni operative molto variabili. Inoltre, i progettisti sono costretti a valutare più scenari di progettazione in pianificazioni compresse, rendendo la prototipazione fisica troppo lunga e costosa. Per affrontare queste sfide, i progettisti utilizzano soluzioni di simulazione termica, che consentono loro di applicare test virtuali per valutare le prestazioni di progettazione per numerosi scenari. Simulazione della progettazione termica. Le comprovate capacità fisiche e computazionali del software STAR-CCM+ forniscono le basi per esplorare in modo efficiente alternative di progettazione termica. Il set di strumenti di raffreddamento dell'elettronica in STAR-CCM+ fornisce un flusso di lavoro efficiente per la valutazione dei test di costruzione per simulazioni di convezione forzata e naturale, in modo che i progettisti possano comprendere rapidamente le prestazioni termiche.

Le opzioni flessibili per la creazione di prototipi virtuali utilizzando STAR-CCM+ includono:

• La possibilità di importare i dati dei circuiti stampati (PCB) e dei componenti utilizzando il formato dati intermedio standard (IDF)
• Costruire la geometria utilizzando modelli standard per dissipatori di calore, chip, PCB, ventole, resistenze e custodie
• Importazione della geometria da qualsiasi programma CAD (computer-aided design) 3D utilizzando formati di dati nativi o standard

La simulazione ingegneristica multifisica può catturare con precisione tutta la fisica rilevante che influenza le prestazioni di prodotti sempre più sofisticati. Il software Simcenter STAR-CCM+ consente agli utenti di ridurre al minimo il livello di approssimazione e ipotesi fornendo una gamma completa, accurata ed efficiente di soluzioni multifisiche, garantendo la certezza che le prestazioni previste dei progetti corrispondano al prodotto del mondo reale. Simcenter STAR-CCM+ offre tecnologie multidisciplinari accurate ed efficienti in un'unica interfaccia utente integrata (UI). Ciò consente lo studio di sofisticati problemi industriali con fenomeni fisici complessi in modo completamente accoppiato. Gli utenti beneficiano di una maggiore precisione e della capacità di scoprire progetti migliori più velocemente. La multifisica completa include fluidodinamica, meccanica dei solidi, flusso multifase e particellare, acustica, trasferimento di calore, flusso reagente, elettromagnetismo, elettrochimica e reologia.

L'industria automobilistica sta passando a nuovi modelli e tecnologie di business. Con le crescenti aspettative dei clienti sul risparmio di carburante e i requisiti legislativi più severi sulle emissioni, non esiste una ricetta unica per il sistema di propulsione di domani. Gli sviluppatori di powertrain devono prendere in considerazione sistemi che vanno dai propulsori completamente elettrici a quelli convenzionali e ibridi, in cui il motore a combustione interna rimane parte integrante della soluzione. Gli aggiornamenti ai sistemi di combustione esistenti e lo sviluppo di nuovi concetti di combustione richiederanno simulazioni nel cilindro per evitare costose campagne sperimentali. Con cicli di sviluppo più brevi, meno esperti nelle simulazioni in-cilindro e problemi di ingegneria più difficili da risolvere, lo sviluppo di prodotti digitali è essenziale per ottenere la soluzione giusta al momento giusto. Un gemello digitale per le simulazioni nel cilindro deve fornire:

• Best practice integrate per il meshing, le impostazioni del risolutore e la modellazione della fisica complessa all'interno del cilindro come turbolenza, spruzzi, combustione, emissioni e trasferimento di calore
• Un flusso di lavoro di facile utilizzo per aiutare i non esperti a impostare simulazioni complesse e offrire agli esperti la possibilità di applicare le proprie conoscenze quando si specificano dettagli specifici del modello
• Schemi numerici efficienti e tecnologia risolutore progettati per i moderni sistemi HPC (High Performance Computing) e con un numero elevato di core
• Esplorazione del design, che consente l'ottimizzazione multi-obiettivo di geometria, carica, strategia di iniezione e fasatura della combustione per ottenere le massime prestazioni rispettando i requisiti legislativi

Per far fronte alle difficili condizioni di mercato e soddisfare le sempre più stringenti restrizioni di sicurezza e ambientali, gli architetti navali sono stati costretti a ripensare al loro approccio alla progettazione delle navi. Questo strumento offre agli utenti la possibilità di esaminare il movimento della nave a motore su una gamma di velocità, utilizzando la geometria completa della nave 3D. Con la sua interfaccia utente intuitiva, la configurazione automatica che utilizza le migliori pratiche e la visualizzazione e la creazione di report all'avanguardia, questo flusso di lavoro consente agli architetti navali di produrre analisi dettagliate con brevi tempi di consegna, aiutandoli a creare progetti migliori, più velocemente. Simcenter STAR-CCM+ Hull Performance Workflow è un componente aggiuntivo del software Simcenter STAR-CCM+ che fornisce un'interfaccia utente dedicata per guidare l'utente attraverso le simulazioni del movimento dello scafo di una nave in acque calme. Il flusso di lavoro è attualmente progettato per l'analisi di scafi dislocanti e navi parzialmente sommerse. L'interfaccia intuitiva ti guida attraverso ogni passaggio per impostare ed eseguire una simulazione delle prestazioni dello scafo, dall'importazione CAD e una soluzione per velocità singole o multiple in una sessione, alla generazione automatica di un report del software di presentazione PowerPoint con immagini e risultati.

Gli ingegneri stanno innovando ad alta velocità, quindi c'è una pressione costante per eseguire più simulazioni per progettare meglio e più velocemente. I prodotti che stanno progettando sono molto complessi, quindi i modelli di simulazione sono più grandi e hanno tempi di esecuzione più lunghi. La mancanza di accesso all'elaborazione ad alte prestazioni (HPC) è uno dei maggiori ostacoli per affrontare queste sfide. Di conseguenza, il cloud computing sta rapidamente diventando un'interessante alternativa ai cluster on-premise, consentendo alle organizzazioni di ingegneria di:

• Aumentare istantaneamente la capacità di calcolo per soddisfare la domanda di simulazione
• Spostare le spese informatiche (IT) dal capitale (Capex) a quello operativo (Opex)
• Applicare le più recenti tecnologie di rete e le ultime unità di elaborazione centrale (CPU) che consentono una scalabilità più efficiente

Il miglioramento delle tecnologie di simulazione e delle capacità hardware consente alle aziende di realizzare il pieno potenziale della progettazione basata sulla simulazione, accelerando il ritmo dei cicli di sviluppo del prodotto. L'aumento della velocità di simulazione fornisce un flusso costante di informazioni per guidare il processo di progettazione.

STAR-CCM+ è uno strumento di simulazione multi-fisica, focalizzato sulla fluidodinamica computazionale CFD, che integra in maniera unica un’ampia gamma di domini fisici e di strumenti per l’esplorazione dello spazio di progetto, con una singola interfaccia. Molto più di un codice di fluidodinamica computazionale (CFD), STAR-CCM+ è uno strumento di simulazione best-in-class che fornisce il set più completo di modelli fisici di qualsiasi strumento di Computer Aided Engineering (CAE) industriale. Adottando un approccio senza compromessi alla modellazione fisica, avrai la certezza che le tue previsioni corrispondano al comportamento reale del tuo prodotto in tutto il suo involucro operativo.