Simcenter STAR-CCM+ 2510: nuove funzionalità per potenziare i flussi di simulazione

I veicoli elettrici di ultima generazione devono affrontare la sfida di massimizzare l’efficienza energetica in ogni condizione di guida, soprattutto in presenza di temperature estreme, quando il riscaldamento o il raffreddamento dell’abitacolo e della batteria può ridurre sensibilmente l’autonomia.

In passato, la simulazione del comfort dei passeggeri durante i cicli transitori dell’abitacolo richiedeva complesse co-simulazioni con strumenti di terze parti, limitando il livello di automazione e la fedeltà complessiva del modello.

Con la versione 2510 di Simcenter STAR-CCM+, è ora possibile utilizzare modelli avanzati di comfort termico, come i modelli Fiala e Berkeley, direttamente all’interno delle analisi transitorie. Questo consente di simulare qualsiasi ciclo non stazionario dell’abitacolo, catturando in modo realistico l’evoluzione dinamica dei sistemi HVAC e del comfort umano nel tempo, all’interno di un flusso di lavoro unico, integrato e coerente.

La soluzione si integra nativamente nei processi di Vehicle Thermal Management già esistenti, eliminando la necessità di accoppiamenti esterni e consentendo un’elevata automazione delle attività di simulazione.

Questo approccio permette di valutare in modo efficace i compromessi tra il consumo energetico dell’HVAC e la durata del comfort dei passeggeri, supportando decisioni progettuali più consapevoli e informate.

Il risultato è un notevole miglioramento dell’esperienza d’uso, una maggiore automazione dei flussi di lavoro e una più elevata fedeltà di simulazione, rendendo possibile la progettazione di veicoli più confortevoli ed efficienti dal punto di vista energetico.

Raggiungere prestazioni ottimali nell’ottimizzazione topologica adjoint è spesso complesso, a causa della difficoltà nel definire una penalty strategy adeguata. Una scelta non ottimale può infatti generare superamento dei vincoli, instabilità dell’ottimizzatore e tempi di calcolo più lunghi. Inoltre, la regolazione manuale dei penalty factors  rappresenta un’attività onerosa che riduce l’efficienza complessiva del processo.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2510, è ora disponibile il Dynamic Penalty Update, una funzionalità che adatta automaticamente i valori durante l’ottimizzazione, sfruttando il metodo Lagrangiano aumentato per ciascun vincolo.

Questo miglioramento garantisce una convergenza stabile e regolare, evitando fenomeni di overshoot anche nei casi più complessi, ed elimina la necessità di interventi manuali da parte dell’utente.

Grazie a questa automazione, gli ingegneri possono concentrarsi sugli aspetti progettuali più critici, senza doversi occupare della calibrazione dei parametri di penalità, ottenendo ottimizzazioni fino a tre volte più rapide e stabili.

Il risultato è un flusso di lavoro più lineare, affidabile e produttivo, che accelera l’innovazione e migliora l’esperienza complessiva d’uso.

Le simulazioni transitorie di grande scala generano volumi di dati estremamente elevati, rendendo poco pratico analizzare interattivamente i risultati o individuare fenomeni inattesi, a meno che i volumi di analisi non siano stati predefiniti in fase di setup.

In passato, la memorizzazione e l’analisi dei risultati 3D ad alta risoluzione richiedevano notevoli risorse di archiviazione e memoria, limitando la flessibilità e la rapidità del processo.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2510, è ora possibile memorizzare volumi ricampionati (resampled volumes) all’interno dei file di Solution History, riducendo in modo significativo l’impatto su spazio dati e memoria, pur mantenendo tutte le informazioni qualitative rilevanti a ogni passo temporale.

Questa nuova funzionalità consente di analizzare interattivamente i dati transitori 3D, di utilizzare i risultati per creare animazioni dinamiche (screenplays) e di esaminare qualsiasi piano dell’intero dominio anche dopo il completamento della simulazione.

La soluzione combina i vantaggi delle Solution Histories e dei volumi ricampionati, permettendo un’analisi qualitativa completa senza necessità della mesh originale. In questo modo è possibile eseguire analisi rapide, leggere e approfondite di simulazioni transitorie su larga scala, favorendo una maggiore comprensione dei fenomeni e decisioni progettuali più tempestive e consapevoli.

La preparazione di una superficie chiusa e manifold a partire da geometrie CAD complesse o “sporche” rappresenta un passaggio fondamentale ma spesso dispendioso in termini di tempo, soprattutto per modelli di grandi dimensioni. Anche con i precedenti miglioramenti nella parallelizzazione, i tempi di wrapping costituivano ancora un collo di bottiglia per molti utenti.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2510, è ora possibile sfruttare la Fase 2 del MPI Surface Wrapper, che offre ulteriori incrementi di velocità rispetto alle versioni precedenti. Il processo è completamente parallelizzato su più processori, consentendo una riduzione dei tempi di wrapping fino al 50% rispetto ai rilasci precedenti.

Questo miglioramento delle prestazioni consente di incrementare la produttività complessiva delle simulazioni o di generare superfici avvolte più dettagliate, migliorando la qualità della mesh. La soluzione garantisce risultati coerenti e ripetibili, indipendentemente dal numero di processori, e permette di preparare superfici complesse in pochi minuti.

Grazie a una preparazione della mesh di superficie più rapida e snella, è possibile passare dal modello CAD alla simulazione in tempi significativamente ridotti, accelerando l’intero flusso di lavoro di modellazione CFD.

La simulazione di macchine rotanti complesse, come elicotteri e velivoli a rotore, è altamente intensiva dal punto di vista computazionale e spesso vincolata dalle tempistiche di progetto. I metodi tradizionali basati su CPU, pur garantendo un’elevata accuratezza, richiedono risorse significative e tempi di calcolo prolungati.

Con la versione 2510 di Simcenter STAR-CCM+, è ora possibile sfruttare la potenza della GPU per le simulazioni basate su Virtual Disk, ottenendo tempi di esecuzione drasticamente ridotti senza compromettere la precisione dei risultati.

Questa innovazione consente di eseguire più varianti di simulazione o interi studi di esplorazione progettuale in tempi molto più brevi, riducendo al contempo il consumo energetico per simulazione. La soluzione permette di analizzare centinaia di varianti geometriche o applicare risoluzioni più fini all’interno delle consuete finestre di progetto, trasformando l’esplorazione dello spazio di progettazione e fornendo analisi più robuste sin dalle prime fasi di sviluppo.

Grazie all’accelerazione GPU delle simulazioni di macchine rotanti e rotorcraft, questo approccio consente di ottimizzare l’utilizzo delle risorse computazionali e di favorire l’innovazione progettuale.

La configurazione di simulazioni di flussi particellari complessi, con più fasi DEM e diverse tipologie di contorno, ha tradizionalmente richiesto una definizione ripetitiva e soggetta a errori degli insiemi di interazione (interaction pairs). Questo processo diventava sempre più oneroso con l’aumentare del numero di fasi.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2510, è ora possibile utilizzare template personalizzati per i modelli di contatto, applicandoli simultaneamente a più insiemi di interazione. Questo miglioramento incrementa la produttività e ottimizza l’esperienza d’uso, consentendo di definire impostazioni di interazione predefinite, ciascuna associata a un gruppo distinto di interaction pairs.

La soluzione semplifica il processo di configurazione, riduce il rischio di errore e offre maggiore flessibilità nella personalizzazione delle interazioni.
Una configurazione più veloce e intuitiva delle interazioni multifase DEM consente di concentrarsi sugli obiettivi della simulazione, anziché sui dettagli di impostazione.

In passato, per garantire un’elevata accuratezza nelle simulazioni SPH era necessario raffinare l’intero dominio, con un conseguente aumento significativo dei tempi di calcolo. Questo approccio risultava poco efficiente, soprattutto in applicazioni come la lubrificazione degli ingranaggi o lo splashing dell’acqua sugli pneumatici, dove solo alcune regioni localizzate richiedono una risoluzione più elevata.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2510, è ora possibile applicare il raffinamento locale delle particelle fluide (local particle refinement) in aree mirate del dominio. L’utente può definire forme di raffinamento adattivo – come blocchi, cilindri o sfere – all’interno delle quali le particelle vengono automaticamente raffinate, per poi essere semplificate (coarsened) al di fuori di esse.

Questo approccio consente di ottenere maggiore precisione nelle zone di interesse, mantenendo tempi di simulazione ridotti rispetto al raffinamento globale. In questo modo è possibile accelerare i tempi di turnaround senza compromettere la fedeltà numerica, rendendo le simulazioni SPH ad alta fedeltà più efficienti, pratiche e accessibili.

Le macchine a flusso radiale (Radial Flux Machines, RFM) rappresentano oltre il 95% del mercato delle e-machine, ma fino ad oggi i flussi di simulazione per questi sistemi risultavano complessi e frammentati. L’assenza di un formato dati uniforme tra gli strumenti Simcenter EMAG e le soluzioni e-machine rendeva difficile garantire continuità del flusso di lavoro e coerenza numerica tra i diversi team di progettazione.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2510, è ora possibile importare i progetti delle macchine a flusso radiale attraverso il formato Simcenter Data eXchange (SCDX), completamente compatibile con tutti gli strumenti e-machine ed EMAG della suite Simcenter.

Questa nuova funzionalità consente di integrare dati CAD e fisici in un unico file, assicurando un flusso di lavoro continuo, maggiore coerenza dei risultati e collaborazione più efficiente tra i team.

Il risultato è un processo di progettazione più fluido e integrato, che amplia le possibilità di sviluppo e migliora l’esperienza complessiva di simulazione — con particolare vantaggio per il settore automotive, grazie al supporto esteso per le e-machine.

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