Formula Student yarış arabası geliştirirken, CATIA Yüzey Analizi olmazsa olmaz bir adımdır. CFD genellikle en çok ilgiyi çekse de, CAD modelinin kalitesi ağ oluşturma, simülasyon kararlılığı ve sonuçların güvenilirliği üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir.

Bir model ekranda mükemmel derecede pürüzsüz görünebilir, ancak küçük boşluklar, zayıf yüzey geçişleri veya ince süreklilik sorunları bile ağ oluşturmayı karmaşıklaştırabilir ve CFD çalışmasının doğruluğunu azaltabilir. Bu nedenle, simülasyondan önce geometrinin doğrulanması, çözücünün kendisini yapılandırmak kadar önemlidir.

Konrul Racing Team ile geçirdiğim ikinci sezonda , kullanarak ileri aşama gövde prototiplerimizden birini değerlendirme fırsatım oldu 3DEXPERIENCE . Amacım sadece bir CFD simülasyonu çalıştırmak değildi; öncelikle geometrinin kalitesini anlamak istiyordum. platformunu

Bu yazıda, CATIA Yüzey Analizi ile başlayıp geometri hazırlığıyla devam eden ve SIMULIA CFD'de gövde yapısını değerlendirmeyi içeren izlediğim iş akışını adım adım anlatacağım . Bu süreçte, iyi sonuç veren yöntemleri, karşılaştığım zorlukları ve öğrendiğim dersleri paylaşacağım.

Aşağıdaki görseller, yüzey analizi iş akışına geçmeden önce bu çalışmanın temelini oluşturan Formula Student gövde prototipini göstermektedir.

Şekil 1. Formula Student gövde prototipinin izometrik görünümü.

Şekil 2. Burun profilini ve yüzey geçişlerini vurgulayan yandan görünüm.

CFD Öncesinde Yüzey Analizi Neden Önemlidir?

CFD'ye geçmeden önce basit bir soruyu yanıtlamak istedim: Kaporta yüzeyleri gerçekten göründükleri kadar pürüzsüz müydü?

Dassault Systèmes eğitim içeriklerini incelerken, CATIA güçlü yüzey modelleme araçlarından çok daha fazlasını sunduğunu fark ettim. Yansıma desenlerini, yüzey sürekliliğini ve eğriliği ayrıntılı olarak incelemeyi mümkün kılan çeşitli analiz araçları da içeriyor.

Bu analizler tek başlarına aerodinamik performansı tahmin etmeseler de, geometri hazırlığı, ağ oluşturma veya CFD simülasyonunun kendisi sırasında daha sonra sorun yaratabilecek geometrik sorunların belirlenmesine yardımcı olurlar.

Bu nedenle, modeli SIMULIAaktarmadan önce CATIAyüzey analiz araçlarını kullanarak gövde yapısını doğrulamaya karar verdim. Amaç, potansiyel zayıf noktaları erken tespit etmek ve simülasyon için daha temiz, daha güvenilir bir model oluşturmaktı.

Zebra (İzofotlar) Analizi:

CFD Öncesinde Yüzey Akışının Kontrolü

Gövde yapısını değerlendirmek için kullandığım ilk araç Zebra Analiziveya diğer adıyla İzofot Analizi. Modeli CFD'ye hazırlamadan önce, yüzeylerin gerçekten pürüzsüz olup olmadığını -sadece görsel olarak değil, geometrik açıdan da- doğrulamak istedim.

Zebra Analizi, modeli yansıtıcı bir yüzey olarak ele alır ve geometri boyunca dönüşümlü olarak siyah ve beyaz çizgiler gösterir. Bu çizgiler bir yüzeyden diğerine düzgün bir şekilde akıyorsa, genellikle iyi bir sürekliliğe işaret eder. Öte yandan, ani kırılmalar, daralmalar veya ani yön değişiklikleri, daha yakından incelenmeyi hak eden alanları ortaya çıkarabilir.

Standart gölgeli görünüm yerine, yansımaların gövde boyunca nasıl davrandığını incelemek için Zebra Analizi kullandım. Odak noktam, şerit deseninin beklenmedik şekilde değiştiği geçiş noktalarını belirlemekti, çünkü bu alanlar geometri hazırlığı veya ağ oluşturma sırasında potansiyel olarak zorluklar yaratabilir.

Özellikle beğendiğim özelliklerden biri de CATIA sunduğu esneklik. Yazılım, şerit yoğunluğunu, kalınlığını, keskinliğini, yönünü ve projeksiyon modunu ayarlamanıza olanak tanıyarak karmaşık yüzeyleri farklı açılardan incelemeyi kolaylaştırıyor. Aynı geometriye birden fazla yönden bakmak, geleneksel bir ekranda fark edilmesi zor olan kusurları ortaya çıkarıyor.

Zebra Analizi aerodinamik veri sağlamasa da, CFD için bir model hazırlamada önemli bir rol oynar. Daha temiz ve daha sürekli yüzeyler genellikle daha sağlam geometriye, daha düzgün ağ oluşturmaya ve simülasyon sırasında daha az soruna yol açar.

Şekil 3. Zebra Analizi'nin önden görünümü, burun ve alt gövde geçişlerini vurgulamaktadır.

Şekil 4. Üst, yan ve alt gövde yüzeylerinde şerit sürekliliğini gösteren yandan görünüm.

Gözlemlediklerim

Genel olarak, daha büyük yan panellerde tutarlı bir şerit deseni görüldü ve bu da iyi bir yüzey sürekliliğine işaret ediyordu. Bununla birlikte, burun kısmı ve üst, yan ve alt gövde arasındaki çeşitli geçiş alanlarında yansıma çizgilerinde daha belirgin değişiklikler gözlemlendi.

Her kesinti bir modelleme sorunu anlamına gelmiyordu. Bazı değişiklikler, kasıtlı stil özelliklerini veya işlevsel tasarım kararlarını yansıttığı için bekleniyordu. Her düzensizliği bir hata olarak ele almak yerine, CATIAsüreklilik ve eğrilik analiz araçlarını kullanarak daha fazla araştırma gerektiren alanları belirlemek için Zebra Analizi'ni bir tarama aracı olarak kullandım.

Bağlantı Denetleyicisi: Yüzey Sürekliliğinin Doğrulanması

Görsel incelemeyi tamamladıktan sonra, geometrinin ölçülebilir verilerle doğrulanmasını istedim. İşte bu noktada Connect Checker, iş akışındaki bir sonraki adım oldu.

Yüzey kalitesinin görsel bir göstergesini sağlayan Zebra Analizi'nin aksine, Connect Checker komşu yüzeyler arasındaki gerçek sürekliliği değerlendirir. Konumsal sürekliliği (G0), teğetliği (G1) ve eğrilik sürekliliğini (G2 ve G3) ölçebilen bu araç, CFD öncesinde geometrik tutarsızlıkları belirlemek için değerli bir araçtır.

Bu ilk değerlendirme için öncelikle G0 sürekliliğine odaklandım . Amacım, kapalı bir akışkan alanı oluştururken veya yüksek kaliteli bir ağ üretirken sorunlara yol açabilecek istenmeyen boşlukları tespit etmekti.

Bu çalışmada incelenen CATIA maksimum 80 yüzey bağlantısının tamamında , G0 sapmasını yalnızca 0,001 mm olarak rapor ederken , çoğu sınırda gösterilen hassasiyette ölçülebilir bir boşluk görülmedi. Bu, içe aktarılan geometrinin genel olarak iyi bağlantılı olduğunu gösterdi.

Bu aşamada genel G1, G2 veya G3 değerlerine fazla önem vermedim çünkü model, teğet veya eğrilik sürekliliğinin beklenmediği yerlerde kasıtlı olarak keskin kenarlar ve stil geçişleri içeriyordu. Daha anlamlı bir değerlendirme, yalnızca pürüzsüz olması amaçlanan sınırları izole etmeyi ve bunların sürekliliğini bağımsız olarak değerlendirmeyi içerirdi. Bağlantı Denetleyicisi, geometrinin iş akışının bir sonraki aşaması için uygun olduğunu doğrularken, eğrilik analizi sırasında daha yakından incelenmenin fayda sağlayacağı alanları da belirledi.

Şekil 5. 80 gövde bağlantısında G0 sürekliliğini değerlendiren Bağlantı Kontrol Cihazı.

Kirpi Eğrilik Analizi: Eğriliğin Nasıl Değiştiğini Anlamak

Yüzey bağlantılarını kontrol ettikten sonra, model üzerindeki gövde eğriliğinin nasıl değiştiğine daha yakından bakmak istedim. Bunun için, eğriliği bir dizi sivri uç kullanarak görsel olarak temsil eden ve genellikle eğrilik tarağı olarak adlandırılan Porcupine Curvature Analysis aracını kullandım .

Bu sivri uçların uzunluğu ve yönü, gölgeli bir görünümde belirgin olmayabilecek ani eğrilik değişikliklerini, düzensiz geçişleri ve potansiyel bükülme noktalarını tespit etmeyi kolaylaştırır. Bu da Kirpi Analizini, karmaşık serbest biçimli yüzeylerin kalitesini değerlendirirken özellikle kullanışlı hale getirir.

İlk değerlendirmem için, modelin genel bir resmini elde etmek amacıyla ithal edilen tüm gövde parçalarını seçtim. Beklendiği gibi, sonuç oldukça yoğundu. Eğrilik tarağı aynı anda birçok yüzey sınırında görüntülendiği için, burun ve alt gövde çevresindeki alanlar kalabalıklaştı ve detaylı yorumlamayı daha zor hale getirdi.

Yine de bu ilk genel bakış değerliydi. İş akışının bir sonraki aşamasında daha detaylı bir incelemeyi hak eden bölgeleri hızla ortaya çıkardı.

Şekil 6. Gövde geometrisinin ilk Kirpi Eğrilik Analizi.

Öğrendiklerim

Modelin tamamını bir kerede incelemek, potansiyel sorunlu alanları belirlemek için faydalıydı, ancak ayrıntılı analiz için en iyi yaklaşım değildi. Çok sayıda eğrilik tarağı sıklıkla üst üste biniyordu, bu da gerçek eğrilik değişikliklerini görsel karmaşadan ayırt etmeyi zorlaştırıyordu.

Bu çalışmayı tekrarlayacak olsaydım, daha küçük bölümleri ayrı ayrı analiz eder, seçilen sınırlara veya kesme düzlemi eğrilerine odaklanırdım. Tarama yoğunluğunu azaltmak, ince eğrilik varyasyonlarını yorumlamayı ve karşılaştırmayı da çok daha kolay hale getirirdi.

Porcupine Analizi aerodinamik sonuçlar sağlamasa da, CFD'ye geçmeden önce bir yüzeyin geometrik davranışı hakkında değerli bilgiler sunar.

Yüzey Eğrilik Analizi: Tüm Gövde Yüzeyindeki Eğriliğin Görselleştirilmesi

Süreklilik ve sınır eğriliği kontrolleri tamamlandıktan sonraki adım, eğriliğin tüm gövde üzerinde nasıl dağıldığını incelemekti.

Eğrilere ve sınırlara odaklanan Kirpi Analizi'nin aksine, Yüzey Eğrilik Analizi tüm yüzeyi değerlendirir ve eğriliği renk haritası olarak gösterir. Bu, eğriliğin kademeli olarak değiştiği bölgeleri, daha karmaşık geometrik davranışa sahip alanlardan ayırmayı çok daha kolaylaştırır.

Bu çalışma için Karekök Gauss eğrilik seçeneğini seçtim . Bu görselleştirme, gövdenin genel eğrilik dağılımına dair net bir genel bakış sağladı ve tasarımın farklı bölgelerini daha etkili bir şekilde karşılaştırmama olanak tanıdı.

Daha büyük yan paneller ve üst yüzeyler, nispeten düzgün eğrilik geçişlerini gösteren geniş ve tutarlı renk desenleri sergiliyordu. Ancak burun çevresinde, alt ön kısımda ve birkaç küçük geçiş yüzeyinde renk dağılımı belirgin şekilde daha karmaşık hale geldi.

Bu varyasyonların otomatik olarak kötü geometri anlamına gelmediğini belirtmek önemlidir. Birçoğu, kasıtlı tasarım özellikleri, dar yarıçaplar veya keskin stil geçişleri nedeniyle bekleniyordu. Bunun yerine, analiz, CFD'den önce daha yakından incelenmeyi gerektiren alanları belirlemeye yardımcı oldu.

Şekil 7. Yüzey Eğrilik Analizinin önden görünümü.

Şekil 8. Gövde üzerindeki eğrilik dağılımını gösteren izometrik görünüm.

Temel Gözlem

En ilginç bulgulardan biri, daha büyük gövde panelleri ile burun bölgesi arasındaki belirgin farktı. Gövdenin büyük kısmı nispeten düzgün bir eğrilik gösterirken, burun çok daha fazla varyasyon sergiledi; bu da Zebra ve Kirpi analizleri sırasında yapılan gözlemleri destekliyor.

Bu bir aerodinamik çalışma olmasa da, CFD aşamasında dikkatimi nereye odaklamam gerektiği konusunda bana daha fazla güven verdi. Her geometrik varyasyonu bir kusur olarak ele almak yerine, bu analizler simülasyonu etkileme olasılığı en yüksek olan bölgeleri önceliklendirmeme yardımcı oldu.

Yüzey Analizinden SIMULIA CFD'ye: Burun Neden Daha Fazla İlgiyi Hak Ediyordu?

Yüzey analizleri tamamlandıktan sonra bir şey netleşti: Burun, kaporta çalışmalarının en kritik bölgesi olarak sürekli olarak öne çıktı.

Zebra, Connect Checker, Porcupine ve Surfacic Curvature analizlerinin her biri, aracın ön kısmında gözle görülür geometrik değişiklikler ortaya koydu. Bu geçişlerin bazıları, istenen şekli elde etmek için kasıtlı ve gerekliydi, ancak yüzey analizi tek başına bunların aerodinamik performans üzerinde olumlu veya olumsuz bir etkiye sahip olup olmayacağını belirleyemezdi.

İşte bu noktada SIMULIA CFD bir sonraki adım oldu.

Burun, gelen hava akımıyla etkileşime giren gövde yapısının ilk büyük bölümüdür. Hava bu bölgeye ulaştığında yavaşlamaya, araç etrafında hızlanmaya ve gövdenin geri kalanını etkileyen basınç dağılımını oluşturmaya başlar. Nispeten küçük geometrik değişiklikler bile durgunluk basıncını, akış hızlanmasını, basınç geri kazanımını ve bazı durumlarda akış ayrılması olasılığını etkileyebilir.

Formula Student araçları için bu durum daha da önem kazanır çünkü burun kısmı tek başına çalışmaz. Ön kanada ve aşağı yöndeki aerodinamik bileşenlere ulaşan hava akışını doğrudan etkiler. Görsel olarak pürüzsüz bir yüzey, aerodinamik olarak verimli bir yüzey anlamına gelmez.

Yüzey analizleri, nereye bakmam gerektiğini anlamama yardımcı oldu. Bir sonraki hedef, gövde yapısını değerlendirerek SIMULIA . CFD'de bu geometrik özelliklerin hava akışını gerçekten etkileyip etkilemediğini belirlemekti

Şekil 9 – CFD öncesinde içe aktarılan geometrinin iyileştirilmesi.

Çözüm

Bu ilk adım bana, CFD için bir model hazırlamanın, sadece güzel görünen bir CAD tasarımı oluşturmaktan çok daha fazlasını içerdiğini gösterdi. CATIAyüzey analiz araçlarını kullanmak, geometriyi daha iyi anlamama, dikkat gerektiren alanları belirlememe ve simülasyona geçmeden önce daha fazla güven kazanmama yardımcı oldu.

Bir sonraki yazıda, bu modeli SIMULIA Fluid Dynamics Engineer'a taşıyarak iş akışına devam edeceğim ; burada CFD kurulumunu, ağ oluşturmayı ele alacağım ve ilk aerodinamik sonuçları paylaşacağım.

• Yazar
• Son Blog Yazıları

Abdulkadir Gunumdogdu

Konrul Racing'de Araç Dinamiği, Yapısal Analiz, Aerodinamik Tasarım ve CFD Mühendisi

Makine Mühendisliği öğrencisi ve Konrul Yarış Takımı üyesi olarak, şasi tasarımı, CFD, yapısal analiz ve araç dinamiği konularına odaklanıyorum. Formula Student ve İHA geliştirme alanlarında CATIA, 3DEXPERIENCEve ANSYS yazılımlarını kullanma deneyimim var. Motor sporları mühendisliği ve simülasyon odaklı tasarıma tutkuluyum.

son yazıları Abdulkadir Gunumdogdu (tümünü gör)

• Kullanarak Formula Student Aracının Gövdesini CFD İçin Hazırlama CATIA Yüzey Analizi - 29 Temmuz 2026