23.4.2017. Autor: Matko Jović

Virtualni crash-testovi: Više simulacija, manje gužvanja lima

Računalna tehnologija omogućuje simulaciju crash-testova automobila čiji je razvoj tek počeo te bitno smanjuje troškove, skraćuje vrijeme razvoja i povećava sigurnost

Budući je prave crash-testove, odnosno provjeru sigurnosti novog modela, moguće napraviti tek kad je auto gotov, eventualne je greške tada vrlo teško ispraviti. To generira goleme troškove te kašnjenje lansiranja modela. Ne smijemo zaboraviti kako se svakim crash-testom vrijednost od najmanje 20.000 eura baci u vjetar (točnije u zid), a još najmanje toliko iznose troškovi samog testa i analize rezultata. 

Sve je to potrebno kako bi se unaprijedila ispitivanja pasivne sigurnosti, koja je tadašnji Daimler-Benz započeo već 1948. Potom je 1997. uvedeno sustavno testiranje po sustavu EuroNCAP, koje je upravo proslavilo 20. godišnjicu pokretanja. No tijekom godina ispitivanja i posljedica sudara u praksi, otkrilo se da EuroNCAP ima 'rupa', odnosno... 

...da se proizvođači prilagođavaju osvajanju pet zvjezdica, a ne sigurnosti, Stoga su tijekom 2011. i 2012. bitno pooštrene norme, odnosno uvjeti za postizanje zvjezdica, pa su neko modeli koji su dotada osvajali pet zvjezdica, po novom su sustavu dobila samo tri. Najbolji je primjer novi Fiat Tipo. To je, inače jako dobrom i povoljnom automobilu, bio 'nož u leđa' na tržištu, koji će mu potamniti, a možda i uništiti karijeru.

Zato vodeći proizvođači intenzivno koriste virtualne crash-testove, dok je automobil samo ideja na papiru, odnosno računalu, kako bi predvidjeli njegovo ponašanje pri sudaru s drugim automobilom ili preprekom. Na taj je način moguće modificirati početnu konstrukciju uz bitno manje troškove, odnosno unaprijediti je. Stvarni se crash-testovi na kraju koriste samo kao konačna potvrda simulacija i radi ih se bitno manje nego prije. 

Dosadašnja iskustva pokazuju da simulacije daju vrlo dobru procjenu deformacija pojedinih komponenti vozila, koja se gotovo potpuno poklapa s realnim stanjem nakon sudara. Virtualni sudari koriste 'metodu konačnih elemenata', a ona zahtjeva vrlo snažna računala, koji su sposobni dati rezultate ovakvih simulacija u prihvatljivom vremenu. Čak i najbržem računalu za neke složene simulacije treba nekoliko dana neprekidnog računanja. O čemu se zapravo radi? 

Za početak je nužno imati potpuno vjeran računalni 3-dimenzionalni model automobila sa svim detaljima koji na bilo koji način sudjeluju u sudaru. Budući da se automobil danas u potpunosti konstruiraju na računalu, u prvom se koraku koristi stari model.

Metoda konačnih elemenata (često se koristi kratica FEM od Finite Element Method) funkcionira tako da se taj model podijeli na vrlo sitne, plošne ili prostorne, elemente. Ovisno o vrsti simulacije, riječ je o trokutima, četverokutima, tetraedrima, paralelopipedima..., kojih ovisno o veličini modela i vrsti simulacije, može biti i nekoliko stotina tisuća, u posebnim slučajevima više od milijun. 

O broju konačnih elemenata ovisi i točnost simulacije, što ih je više to bolje. No problem je u tome što veći broj elemenata generira veću količinu jednadžbi koje treba riješiti i samim tim povećava potrebno vrijeme računanja. Inače, sama metoda nije nova, matematičari je koriste još od 1920-ih, ali je postala operativna tek primjenom računala, jer bi za ručni izračun svih potrebnih jednadžbi bilo potrebno nekoliko života. Svakom se elementu pridružuju njegova fizikalna svojstva (masa, specifična težina, čvrstoća) kao i veze s drugim elementima. 

Metoda konačnih elemenata kroz analizu deformacija i pomaka svakog pojedinog elementa dolazi do skupnih rezultata za cijeli model. Omogućuje čak i virtualnu koliziju dva različita automobila i analizu deformacija na oba modela. Da bi ovo bilo moguće, potrebna je enormna računalna snaga, pa se u laboratorijima vodećih proizvođača automobila nalaze kompjutorski sustavi s desecima tisućama TB prostora na diskovima odnosno tisućama GB memorije. 

Ti superkompjutori sposobni su napraviti nekoliko desetaka milijardi računskih operacija u sekundi i sve bitno skratiti. Virtualni crash-testovi ne samo štede velike količine novca (izrada prototipa stoji desetke milijuna eura), već omogućuju inženjerima da predvide ponašanje i najmanjeg dijela karoserije, motora, ovjesa..., i da eksperimentiranjem s više različitih koncepcija dođu do optimalnog rješenja. 

No stvarni su testovi ipak nužni, zbog toga što se u simulaciji promatra idealizirani automobil, a nikad se ne može u potpunosti predvidjeti koliko će različitost u izradi (nemoguće je napraviti dva u potpunosti identična auta) utjecati na ponašanje u sudaru. 

U nastavku upoznat ćemo vas kako se Metoda konačnih elemenata (FEM) i 'superračunala' koriste u sigurnosnoj optimizaciji automobilskih konstrukcija.




CHR



Vulkal gume