Poznajcie nową funkcję w Fusion 360 – Fluid Path – symulacja przepływu czynnika, która powoli Wam zapobiec stratom przepływu, spadkom ciśnienia i zredukować hałas.
Podczas projektowania urządzeń z przepływającym czynnikiem typu: zawór, rozdzielacz, zasuwa, kanały, itp., zachodzi potrzeba optymalizacji przepływu przez zmianę geometrii urządzenia w celu zmniejszenia strat przepływu, spadku ciśnienia, czy redukcji hałasu. Optymalizacja kształtu w celu przeciwdziałania tym problemom wymaga od projektanta dużego doświadczenia, praktyki, czasu, a nawet wykonania prototypów w celu przeprowadzenia badań.
Celem symulacji Fluid Path w programie Fusion 360 jest utworzenie bryły, która reprezentuje przepływający przez obiekt czynnik dla której występują najmniejsze spadki ciśnienia.
Poniżej przykład wykonania obliczeń samochodowego kolektora dolotowego. W tym przypadku mamy jedno wspólne miejsce zasilania kanałów dolotowych powietrzem pochodzącym z turbosprężarki. Czynnik musi być efektywnie rozprowadzony do sześciu cylindrów. Jak pokazano na poniższej ilustracji wyznaczenie ścieżki przepływu będzie się odbywać przez redukowanie dużej wspólnej geometrii, aż do uzyskania najbardziej efektywnej ścieżki przepływu do każdego cylindra.
Poniższe obrazy przedstawiają geometrię pozostająca bez zmian, kształt początkowy, kształt pośredni i kształt końcowy z liniami przepływu i mapą ciśnienia na modelu.
Chcąc sprawdzić, czy nasz detal jest skonstruowany optymalnie, wystarczy we Fusion 360 zdefiniować miejsca przepływu, przeszkody, dobrać ciśnienia oraz materiał cieczy roboczej i włączyć obliczenia. Daje to możliwość sprawdzenia i wpłynięcia na to co i gdzie można zmienić, żeby element pracował sprawniej, generując mniejsze spadki ciśnienia.
KROK1: Na początku potrzebujemy element, który chcemy zbadać. Dla przykładu zamodelujemy trójnik w zakładce Design we Fusion 360. Zakładamy przepływ wody w kierunku od góry do dołu, z dopływem wody po lewej stronie.
KROK2: Mając poglądowy model naszego trójnika, przechodzimy do zakładki Generative Design -> Fluid Path i definiujemy wszystkie ważne dla projektu przestrzenie:
Preserve geometry – kolor zielony, części modelu, które mają pozostać bez zmian, jak np. miejsca łączenia z innym modelem, a przez które będzie przepływać medium.
Obstacle geometry – kolor czerwony, części modelu, które ograniczają naszą przestrzeń. Te elementy nie mogą się stykać z przepływającym czynnikiem.
Starting shape – kolor żółty, geometria startowa którą możemy zdefiniować (nie jest to wymagane), od której program zacznie szukanie rozwiązań.
Żeby zdefiniować te powyższe przestrzenie we Fusion 360 klikamy okienko Edit Model edycji modelu i po prostu rysujemy wyżej wymienione strefy. Każdorazowo trzeba pamiętać, że muszą to być nowe elementy New Body, ponieważ w innym przypadku nie uda się nam zaznaczyć tego miejsca przy wyborze kształtów ograniczających.
KROK3: Przechodzimy do edycji i zaczynamy od narysowania geometrii początkowej, która będzie odwzorowywać kształt wnętrza naszego łącznika. Dodajemy przestrzeń reprezentującą dopływy i odpływ, a także przeszkody, przez które płyn nie może przepływać.
KROK4: Gdy zaprojektujemy wszystkie wymagane geometrie we Fusion 360, kończymy edycję modelu i przechodzimy do oznaczenia funkcji każdej z nich. Zgodnie z kolorami podanymi powyżej, żółty to kształt startowy, zielony to przestrzeń zarezerwowana, a czerwony to przeszkody.
KROK5: Kolejnym krokiem jest zdefiniowanie warunków przepływu, które ma spełniać nasz element. W tym celu wchodzimy zakładkę Design Conditions, wybieramy jako początkowy Flow Rate i z rozwijanej listy wpisujemy wartości przepływu oraz wskazujemy miejsce dopływu. W celu oznaczenia odpływu wybieramy Design Conditions parametr Pressure i wpisujemy wartość 0 (zero).
KROK6: Teraz musimy zdefiniować kryteria projektowe. Tu decydujemy jaki procent materiału usuniemy jednocześnie zmniejszając spadek ciśnienia, w tym wypadku 25%.
Ostatnim kryterium jest zdefiniowanie medium, którego przepływ chcemy zasymulować. W tym celu klikamy okienko Materials, a następnie wpisujemy właściwości cieczy roboczej. Możemy sami dobrać wartości gęstości i lepkości poprzez wybranie opcji Custom z rozwijanej listy Fluid. Dla naszego modelu zostawiamy wodę.
KROK7: Dla sprawdzenia czy wszystko jest aktualne w projekcie oraz czy wszystkie potrzebne informacje do obliczeń zostały wprowadzone, klikamy pomarańczowe okienko sprawdzenia. Jeżeli wszystko jest w porządku wyświetli się ikonka z kolorze zielonym i dostaniemy komunikat, że wszystkie parametry są określone
KROK8: Przed uruchomieniem obliczeń Fluid Path należy jeszcze sprawdzić ustawienia siatki. Klikamy prawym przyciskiem na pozycji Fluid Path, a następnie z rozwijanego paska wybieramy Study Settings.
Ukaże się nam okno, gdzie będziemy mogli dopasować zagęszczenie siatki, co przekłada się na dokładność obliczeń ale także na czas ich trwania. Dla naszego modelu przesuwamy suwak w prawo na pozycję Fine, dla uzyskania jak największej dokładności.
KROK9: Gdy jesteśmy pewni, że wszystko jest dobrze ustawione i model oraz ustawione kryteria spełniają nasze oczekiwania, klikamy ikonę wygeneruj. W oknie pokazuje się jeden przypadek, ponieważ zdefiniowaliśmy tylko jedna analizę. Gdybyśmy chcieli wykonać więcej obliczeń, ale przy innych kryteriach, wystarczy w drzewku projektu utworzyć kolejne badania, w których będziemy sprawdzać inne wartości projektu.
Po kliknięciu Generuj [Generate Study], nasze badanie zostaną przeniesione do chmury i zostaną wykonane obliczenia. W zależności od złożoności naszego projektu, obliczenia mogą trwać od kilkunastu minut do kilku godzin. Ponieważ są to obliczenia w chmurze, możemy przejść do dalszej pracy i oczekiwać na rezultaty obliczeń.
KROK10: W celu sprawdzenia wykonywanych obliczeń klikamy status pracy i dzięki temu możemy sprawdzić na jakim etapie są obliczenia.
KROK11: Po skończonych obliczeniach wybieramy ikonę eksploruj , żeby uzyskać dostęp do efektów naszej pracy. Możemy najpierw sprawdzić jak wygląda model,który został wygenerowany. Klikamy w tym celu ikonę widoku miniatur. Poniżej ukaże się nam nasz projekt.
Wchodząc w projekt możemy zobaczyć, w jaki sposób został zoptymalizowany nasz przepływ z uwzględnieniem najmniejszego spadku ciśnienia. Na ten moment mamy tylko jeden wynik, ponieważ jest możliwe tylko jedno kryterium do wyboru – spadek ciśnienia. W przyszłości w kolejnych aktualizacjach modułu Flud Path zostaną dodane następne kryteria optymalizujące.
Analizując wyniki symulacji możemy wyświetlić:
Oczywiście zmiany zaproponowane przez program jako optymalne, nie koniecznie będą dobrym rozwiązaniem np. ze względu na koszty produkcji. Tutaj też wymagana jest ocena projektanta, pod jakim kątem, o ile w ogóle, dokonywać modyfikacji.
Przełączając na widok planu rozproszonego w zakładce eksploruj możemy sprawdzić jak zmieniały się poszczególne właściwości wraz z kolejnymi iteracjami obliczeń. Np. ustawiając zależność zmiany spadku ciśnienia od zmiany objętości.
Efektem przeprowadzonych obliczeń jest geometria 3D która możemy pobrać w 2 formatach, zakładka Explore/Create:
Pierwsze polecenie – Design from Outcome – umożliwia pobranie projektu jako bryły 3D, który można edytować. Edycja możliwa jest za pomocą narzędzi do edycji T-Spline dostępnych w obszarze roboczym Design, na karcie Solid i środowisku kontekstowym Form, po wcześniejszym wybraniu w drzewku modelu fioletowej bryły Organic.
Drugie polecenie – MESH Design from Outcome – pozwala na pobranie modelu w formie siatki trójkątów MESH. Geometria ta może być edytować za pomocą poleceń w zakładce MESH.
Zainteresował Cię moduł Generative Design we Fusion 360 – sprawdź w czym pomoże Ci Fusion 360 Generative Design Extension.
Autor: Tomasz Jarmuszczak | PCC Polska
