Volupe logo

Blog berichten Volupe

Hoe dynamisch Massa Centrum instellen in DFBI simulations

Veel scheepswerktuigkundigen zullen de pijn delen: U heeft een drijvend object in een transiënte simulatie en wilt verschillende trim/Center of Gravity (CoG) configuraties testen (bijv. in een ontwerpstudie of onderzeeboot ballasttank blazen). Maar u zou willen vertrekken van een vorige geconvergeerde oplossing zonder opnieuw te moeten beginnen geïnitialiseerd simulatie.

 

De behoefte aan dynamisch veranderende CoG kan echter ook buiten de zeewereld worden gevonden, bijvoorbeeld voor simulatie van de verbranding van raketbrandstof. Theoretisch zou je dit kunnen doen met externe krachten/moment om de CoG-verschuiving te repliceren. Het is echter niet de meest elegante oplossing.

Op dit moment is de beste manier om dit te bereiken alle gegevens in kaart te brengen, de oplossing te wissen en opnieuw te beginnen vanaf de laatste oplossing. In principe voer je de simulatie uit, en wanneer je opnieuw wil starten vanaf deze voorwaarden, gebruik je de volume data mapper om de huidige toestand op te slaan. Dan transformeer je het basisdeel door het te verplaatsen naar de huidige positie, gebaseerd op de oplossing. Hersimuleer, initialiseer met een nu CoG en start opnieuw.

Een plotselinge verandering kan echter leiden tot instabiliteit van de solver. Het is dus aan te bevelen de CoG geleidelijk te veranderen. Dit moet worden geautomatiseerd met Simulation Operations. In de volgende secties beschrijven we de vereiste stappen, met als voorbeeld een boot met bewegende ballast in lengterichting. De initiële simulatie is reeds uitgevoerd en de DFBI beweging convergeerde naar een evenwicht zwevende toestand.

 

Stap 1 Parametriseer

Allereerst hebben we parameters nodig voor de CdG coördinaten die moeten worden gewijzigd en wijs ze toe aan de eigenschappen van het massamiddelpunt in het DFBI-lichaam.

 

 

Maar bovendien, aangezien onze simulatie 2 DOFs heeft (zwaaien en gooien), hebben we 2 extra parameters nodig om de oriëntatie op te slaan en te relateren aan de beginpositie, die anders verloren gaat. De hefboomwerking en helling ten opzichte van de beginpositie op t = 0, die ook zal worden gebruikt om het basisdeel naar de laatste positie te transformeren.

 

Stap 2 Transformeer

Een Transform operatie wordt voor de mesh operatie geplaatst. Deze bevat translatie voor de heave en rotatie voor de pitch. Hier hebben we het basisgedeelte geroteerd rond de laatste CoG. Dat betekent dat we een extra coördinatenstelsel nodig hebben voor de simulatieopstelling. De Mesh-bewerking moet worden uitgevoerd na de initialisatie vanuit Mapped Data. Op dat moment is CoG al bijgewerkt. We hebben dus een extra parameter nodig CdGx-1 en CdGz-1 om de oorsprong voor de rotatie correct te plaatsen.

 

Stap 3 Mapp-gegevens

Voer de Data Mapping van de oplossing uit voor alle gegevens die nodig zijn bij de initialisatie: Turbulentie, druk en volumefractie scalaire velden, en het snelheidsvectorveld. Zodra de gegevens zijn opgeslagen in de Volume Data Mapper kunt u de oplossing wissen.

Stap 4 Initialiseren met in kaart gebrachte gegevens en oplossen

Verander de initiële conditie van het continuüm in Mapped Data en initialiseer met de nieuwe coördinaten van CoG en de opgeslagen velden. Na initialisatie re-mesh en oplossen.

 

Simulatie Werking

Simulatie operaties om geleidelijk de CoG te veranderen.

 

Aangezien deze stappen een sterk repetitieve taak zijn, verdient het aanbeveling dit over te laten aan de simulatiebewerkingen. Zoals hieronder aangegeven, lopen we de hierboven geschetste stappen in een lus door. De CoGx-waarde wordt voortdurend verhoogd met een constante delta. Om de veldfunctie van de Data Mapper schoon te houden, en om te voorkomen dat data artefacten met de update knoeien, gooien we er een Wis gemapte velden aan het einde van een lus. Dit is technisch gezien geen Simulatie Operatie maar een java functie. Bijgevolg wordt de hele automatische run gestart door een java macro die de

sim.get(DataMapperManager.class).clearMappedFields();

Wanneer het simulatie operatie blok genaamd "Clear Mapped Fields" actief is. Als u meer wilt weten over hoe u java macro's kunt combineren met simulatie operaties, bezoek dan onze speciale blog post https://volupe.se/automation-of-marine-propeller-simulation/

Is het het waard?

Verschillende configuraties van een variërende parameter kunnen gemakkelijk worden ingesteld met behulp van Simcenter STAR-CCM+'s Design Manager tool. Dus, is de geschetste procedure superieur? Een design sweep zou de keuze zijn voor deze taak met de Design Manager. Maar de Design Manager zou moeten beginnen met een lege oplossing om te initialiseren met nieuwe CoG coördinaten. Het in kaart brengen van oplossingsgegevens van een eerder geconvergeerd stromingsveld heeft voordelen in een snelheid om geconvergeerde oplossingen te verkrijgen. Ook mag worden verwacht dat de kwaliteit van de oplossing zal verbeteren als gevolg van de transformatie van het basisgedeelte, waarbij de maas opnieuw wordt uitgelijnd met het vrije oppervlak.

Totale simulatietijd (links) en resultaten voor de trimhoek (rechts).

 

Laten we een vergelijking maken van 7 verschillende longitudinale coördinaten voor CoG, uitgevoerd vanuit de Design Manager en met Simulation Operation zoals hierboven voorgesteld. De testcase is eenvoudig en het stopcriterium is ofwel een maximale fysische tijd van 20s of een asymptotische limiet van de trimmonitor. Met deze opstelling convergeerden drie van de zeven gevallen met de in kaart gebrachte oplossing aanzienlijk sneller dan de geïnitialiseerde oplossing, zoals in het voorbeeld hieronder voor een CoG = -0,05 m. Deze versnelling resulteerde in een snellere doorlooptijd van het gehele bereik van de CoG simulatie. Rekening houdend met het feit dat de meeste DFBI simulaties een langere fysische tijd duren en meer geschikte de voordelen van initialiseren met gemapte velden is iets om te overwegen bij toekomstige simulations.

 

Wij bij Volupe hopen dat deze blog post over het automatiseren van saaie manuele taak interessant is geweest en dat het je zal helpen in je werk. U kunt download het simulatiebestand en java script hieronder beschreven. En vergeet niet dat u altijd welkom bent om contact met ons op te nemen via support@volupe.com.

 

De Auteur

Florian Vesting, PhD
Contact: support@volupe.com
+46 768 51 23 46

 

 

 

 

 

Meer blogberichten

nl_BEDutch