ÅTTA SIMULERINGAR PÅ SAMMA TID SOM EN. Motorsport-arenorna är tveklöst bland de mest attraktiva skyltfönstren för exponering av mjukvaruutvecklarna inom PLM och sub-PLM-områden – som simulering och analys. Formel 1 toppar förstås, men även andra tävlingar har hög attraktionskraft för att visa vad de egna mjukvarorna duger till. Marknadsledaren på CAE-sidan – Ansys – är förstås inget undantag. I sin blogg berättar företaget entusiastiskt om Ferrari Challenge Trofeo Pirelli – ett evenemang som samlar Ferrari-kunder från fyra kontinenter för att tävla i en serie sprinttävlingar med deltagande av allt ifrån proffsförare till amatörer.
Men också Ferrari sätter en ära i att med jämna mellanrum medverka. Och det är inga B-lösningar man ställer upp – för just detta evenemang fokuserar Ferrari på att designa en banfärdig bil som ger en spännande, men säker, tävlingsdagsupplevelse. Vart tredje år ägnar Ferrari 12 månader åt att förvandla en enstaka produktionsbils-modell, begränsad av gatulagar och långsiktig tillförlitlighet, till en banfärdig, högpresterande racerbil.
Framgång här kräver att den italienska biltillverkaren hittar en kompromiss mellan topprestanda och mer förutsägbart fordonsbeteende. Allt är starkt beroende av aerodynamik. Det senare är förstås den punkt där Ansys kommer in i handlingen, med simuleringslösningar som kan träffa rätt i utvecklingen av optimerad prestanda, givet loppets förutsättningar.
Under oktober debuterade sålunda Ferrari med 296 Challenge, vilket är den nionde modellen som dyker upp i Ferrari Challenge Trofeo Pirelli. 296 Challenge-bilen är en del av serien av ett fabrikat Prancing Horse och har genomgått betydande modifieringar med hjälp av Ansys-mjukvara för att maximera prestanda via unik aerodesign. I detta har man använt Ansys Fluent-lösning.
Utmaningarna handlar bl a om ett noggrant övervägande av ”downforce”, den nedtryckande kraften, ett aerodynamiskt element av stor betydelse i racingsammanhanget. Bl a kan en optimal utformning kring ”downforce-effekten” öka den säkert genomförbara hastigheten på en racerbil under inbromsning, kurvtagning och acceleration. När luften rör sig över olika fordonsytor tillför ”downforce” vikt som trycker ner på fordonet och gör det mer stabilt på banan.
Just i detta såg ett team lett av Ansys Matteo Aroni, senior applikationsingenjörschef, en möjlighet att ytterligare påskynda simuleringen av denna process och bestämde sig för att testa Ansys Fluents inbyggda multi-GPU-lösare för att se hur mycket. Vad kom man fram till?
Till bakgrunden hör att man på Ferrari har kört ”steady-state, low-fidelity-simuleringar” för att skapa ett tillräckligt stort designutrymme – vilket behövs för optimering av en fordonsgeometri som ska uppfylla prestandakraven.
Genom att köra sina egna tester mot den nya designen i 296 Challenge-fordonet upptäckte Matteo Aroni att lösare med en flerkärnig grafikprocessor (GPU) och ordentligt expanderad minnesbandbredd, möjliggör kortare ledtider. Teamet kunde med multi-GPU Fluent-lösarens effektiva genomströmning köra åtta simuleringar av 296 Challenge-modellen under samma tid som det normalt tar att köra en session.
Rejäla tidsvinster alltså, men i förlängningen finns mer att hämta:
”En simulering som tar mer än 5 timmar på 256 CPU-kärnor kan köras i 40 minuter på åtta NVIDIA A100 GPUer. För mindre tidsbundna uppgifter, som inte behöver öka genomströmningen, kan samma genomströmning uppnås, vilket minskar hårdvarukostnaderna med 5 gånger och energiförbrukningen med 7 gånger,” skriver Ansys i bloggposten.
Högre hastighet vid kurvtagning
Allmänt konstateras vidare att downforce är verkligt användbart eftersom det ökar däckgreppet samt hanteringen vid kurvtagning för att bibehålla en högre hastighet. På en raksträcka är påverkan mindre, då downforce skapar drag som kan sakta ner ett fordon. Följaktligen kan det vara komplicerat att översätta dessa interaktioner till en vinnande fordonsdesign optimerad för aerodynamik.
För att hantera dessa interaktioner på banan och möta evenemangsspecifika designkrav använde Ferrari-ingenjörerna Ansys Fluent-vätskesimuleringsmjukvara för att finjustera 296 Challenges stora bakvingsspoiler och många andra aerodynamiska hjälpenheter. Racerbilen behövde också en annan kylardesign för att öka kylarens förmåga att avvisa värme och en uppdimensionerad motordesign, validerad genom simulering.
296 Challenges optimerade aerodynamiska komponentpaket levererar 870 kg nedåtkraft vid 250 km/h, vilket är synnerligen bra för sin klass. Dess strategiskt vinklade spoiler, extrema bromssystem och en anpassad däckdesign hjälper bilen att behålla ett starkt grepp om hantering och prestanda i en strömlinjeformad design, finjusterad för aerodynamik. På sista raden, tack vare simulering.
Breakout-simuleringar som körs åtta gånger snabbare än en
– Ferraris Challenge-bilar representerar toppen av racingprestanda för generationer av kommersiella bilar, och vi är stolta över att hjälpa dem att konstruera nya aerodynamiska konstruktioner som kommer att leda till fler segrar på banan, kommenterade Aroni och fortsatte: ”Motorsport-team, som Ferraris, letar alltid efter prestandafördelar, och den flytande inhemska multi-GPU-lösaren påskyndar lösningsprocessen för att ge dem den konkurrensfördelen. Genom att besvara designfrågor tidigare kan den maximera produktionseffektiviteten för att stödja snäva utvecklingstidslinjer som är gemensamma för motorsport.”
Summa summarum har Ferrari varit nöjda med Aroni-teamets upptäckt och de har åtagit sig att använda den för att optimera framtida Ferrari Challenge-fordonsdesigner.
– Att addera denna lösare i vårt arbetsflöde för beräkning av vätske-dynamik (CFD) kommer att ha en enorm inverkan på våra aerodynamiska konstruktioner i framtiden, säger Massimo Bendazzoli, teknisk chef för Ferrari Challenge.
– Den produktivitetsökning som 8-gångerseffeklten ger kommer att ge oss möjlighet att uppnå förbättrad noggrannhet med mer komplex turbulensmodellering och realisering av många fler designvarianter än vad som tidigare varit möjligt.
