Modelowanie CAD w projektach inżynierskich stanowi etap determinujący jakość dalszych analiz numerycznych. Model CAD jest nośnikiem informacji geometrycznej – jej poprawność topologiczna, ciągłość powierzchni oraz logiczna struktura brył i powierzchni bezpośrednio wpływają na proces generacji siatek obliczeniowych oraz stabilność obliczeń MES, CFD, CAA itd.
W Uniflow Dynamics modelowanie CAD realizowane jest jako kluczowy element procesu obliczeniowego, a nie wyłącznie projektowego. Każdy model CAD tworzony jest z uwzględnieniem wymagań późniejszych analiz numerycznych oraz potencjalnej optymalizacji.
Modelowanie geometryczne CAD
Opracowujemy modele 2D i 3D w oparciu o komercyjne systemy CAD (MSC Apex Modeler) oraz narzędzia rozwijane w UniFlow Dynamics. W zależności od zastosowania model może być tworzony jako:
- geometria bryłowa pod analizy wytrzymałościowe (MES),
- geometria powierzchniowa o wysokiej ciągłości (CFD),
- model parametryczny przeznaczony do systematycznych analiz i optymalizacji.
Modelujemy geometrię zarówno w formie bryłowej (solid), jak i powierzchniowej (free- surfaces), stosując standardowe formaty wymiany (STEP, IGES, Parasolid). Dla projektów wymagających wysokiej jakości krzywizn stosujemy NURBS – pozwala to zapewnić dowolny rząd ciągłości i pełną kontrolę lokalnej krzywizny, co ma krytyczne znaczenie w projektach aerodynamicznych i przepływowych, np. przez maszyny wirnikowe.
Modele tworzymy z myślą o późniejszym użyciu w obliczeniach: topologia jest weryfikowana pod kątem osobliwości, nieciągłości i szczelin/braków; geometria jest logicznie zorganizowana tak, by ułatwić definicję obciążeń, warunków brzegowych oraz różnego rodzaju podziałów. Tam, gdzie to zasadne, dostarczamy wersje parametryczne (zdefiniowane zmienne projektowe) umożliwiające szybkie generowanie różnych wariantów.
Przygotowanie modeli CAD do symulacji CFD i obliczeń wytrzymałościowych MES
Modele projektowe zwykle zawierają detale, które zaburzają proces generacji siatki: drobne fazowania, cienkie ściany, małe występy czy inne zbędne z punktu widzenia prowadzonych analiz elementy konstrukcyjne. Nasze podejście polega na świadomej adaptacji geometrii: usuwamy elementy nieistotne z punktu widzenia fizyki problemu, poprawiamy szczelność objętości dla domen przepływowych CFD oraz przygotowujemy model kontaktów dla analiz wytrzymałościowych.
W praktyce oznacza to: transformację modelu CAD w model obliczeniowy zoptymalizowany pod solver – z kontrolą stopnia uproszczeń, zachowaniem kluczowych wymiarów i cech funkcjonalnych oraz z jasno zdefiniowanymi granicami domen (fluid/solid). Tak przygotowana geometria skraca czas generacji siatki i zmniejsza ryzyko niestabilności podczas symulacji CFD, MES czy CAA.
- W analizach CFD kładziemy nacisk na jednoznaczne zdefiniowanie domeny płynowej, eliminację nieciągłości oraz przygotowanie siatek obliczeniowych, z uwzględnieniem siatek dla solidów jeśli takie są wymagania.
- W analizach MES skupiamy się na zapewnieniu poprawnej topologii brył, logicznym podziale komponentów oraz przygotowaniu powierzchni do definicji kontaktów i warunków obciążenia.
Parametryczne projektowanie i modelowanie oraz wsparcie optymalizacji
W projektach wymagających iteracyjnej modyfikacji konstrukcji stosujemy podejście parametryczne. Kluczowe wymiary, kąty oraz promienie krzywizn definiowane są jako zmienne, co pozwala na szybkie generowanie kolejnych wariantów geometrycznych bez ręcznej przebudowy modelu.
Tak przygotowana geometria może być bezpośrednio sprzężona z analizą CFD lub MES w celu:
- oceny wpływu zmian konstrukcyjnych na parametry przepływowe,
- redukcji masy przy zachowaniu wytrzymałości,
- minimalizacji poziomu hałasu w analizach akustycznych.
Przykładem zastosowania jest modelowanie wlotu do silnika turbo-wentylatorowego z wykorzystaniem powierzchni NURBS, gdzie kontrola krzywizny oraz ciągłości geometrycznej wpływa bezpośrednio na charakter rozkładu strugi przepływowych i strat ciśnienia całkowitego.
Wlot do silnika turbo-wentylatorowego, zdefiniowany przy użyciu metody NURBS
Komputerowe wspomaganie prac inżynierskich – integracja CAD z CAE
Nasze modelowanie CAD jest integralne z usługami CAE. Geometria przygotowana na etapie CAD trafia bezpośrednio do środowiska obliczeniowego – minimalizujemy ręczne przekonwertowania i rekonstrukcje. Proces obejmuje: weryfikację topologiczną, adaptację modelu do zjawiska fizycznego (przepływ/wytrzymałość/akustyka), generację siatki oraz iteracyjne poprawki geometrii w odpowiedzi na wyniki symulacji.
W praktyce workflow wygląda tak: Model CAD → przygotowanie modelu obliczeniowego → generacja siatki → symulacja (CFD / MES / CAA) → analiza wyników → modyfikacja geometrii (jeśli potrzeba) → powtórzenie. Dzięki temu ograniczamy liczbę iteracji i skracamy czas projektu, zachowując jednocześnie kontrolę nad zmianami konstrukcyjnymi.
Zakres zastosowań i typowe deliverables
Modelowanie CAD przygotowujemy pod konkretne zastosowania: analizy przepływowe (CFD), obliczenia wytrzymałościowe (MES), analizy akustyczne/wibroakustyczne oraz procesy optymalizacyjne. Typowe dostarczane elementy to: model CAD w formatach STEP/IGES/Parasolid, wersja przygotowana pod siatkę (z komentarzami dotyczącymi uproszczeń), lista krytycznych założeń geometrycznych oraz checklist wymaganych danych wejściowych do wyceny symulacji.
Co przesłać do wyceny – jakie dane przyspieszają rozpoczęcie prac
Aby przyspieszyć wycenę i rozpoczęcie prac prosimy o przekazanie: plików CAD (STEP/IGES/Parasolid), krótki opis funkcji komponentu, oczekiwane warunki pracy (temperatury, obciążenia, przepływy), wymagania dotyczące dokładności (tolerancje), oraz informacje o planowanych iteracjach / wariantach. Jeśli posiadasz rysunki 2D, zdjęcia lub dane pomiarowe, dołącz je – ułatwi to rekonstrukcję geometrii.
Modelowanie CAD w UniflowDynamics to usługa realizowana z myślą o efektywności symulacji i jakości wyników CAE. Przygotowujemy geometrię tak, aby była neutralna dla solvera i użyteczna dla inżyniera. Jeśli potrzebujesz modeli gotowych do CFD, MES lub analiz akustycznych – prześlij brief projektu lub pliki CAD, a przygotujemy wycenę i proponowany workflow.