Riassunto analitico
Il lavoro presentato è stato sviluppato in Scuderia Toro Rosso S.p.s. F1® Team.
È stata investigata la relazione tra carichi aerodinamici e comportamento strutturale di un’ala anteriore di una vettura di F1®. Dati provenienti da test in pista sono stati utilizzati per validare un flusso di lavoro volto predittivo, permettendo di simulare il comportamento aeroelastico di un componente aerodinamico (qualsiasi sia il componente aerodinamico che si ha intenzione di studiare) prima di essere vagliato per la produzione.
I dati di pista sono stati raccolti durante le sessioni in pista dei test invernali F1®, monitorando con dei video l’assieme dell’ala anterioresurante una sequenza di out lap/fast lap/in lap. L’analisi video è stata effettuata circa i movimenti del main plane e flap sul piano XZ, insieme ai movimenti del muso sul piano YZ. Questi video sono stati poi post-processati con un software di image tracking e poi lavorati con MatLab® per poter creare delle statistiche e trend sul comportamento dell’assieme.
Lo step successivo è di implementare un flusso di lavoro basato su Interazione Fluido-Struttura a due vie per predirre il comportamento dell’ala sotto carichi aerodinamici prima dell’effettiva produzione. Questo permette di simulare con un certo grado di correlazione il comportamento aerodinamico della macchina durante la fase di studio CFD. In questo caso il grado di correlazione con la parte strutturale computazionale è stata determinata prima dello studio di FSI, mentre il grado di correlazione lato CFD non è completamente nota. Il cuore del metodo due vie prevede di iterare uno scambio di informazioni tra gli ambienti CFD e FEA, quindi passando le pressioni di riferimento provenienti dal CFD all’ambiente FEM per poter caricare la struttura. Le deformazioni derivanti sono poi utilizzate per effettuare il morphing della mesh CFD e permettere di lanciare nuovamente la simulazione per ottenere nuove pressioni. Questo loop viene ripetuto finchè un equilibrio soddisfacente viene raggiunto.
Oltre a quest’ultimo flusso di lavoro, sono state gettate le basi per un altro metodo, sfruttando le potenzialità derivanti dal metodo basato sulla Sovrapposizione Modalee utilizzato dal software per morphing RBF Morph®, gentilmente messo a disposizione da RBF Morph s.r.l., con supporto tecnico e scientifico del Prof. Marco Evangelos Biancolini e dal dottore PhD Corrado Groth dell’Università di Roma Tor Vergata.
L’obbiettivo principale di questo studio è quello di comparare i due metodi descritti e decidere quale quale dei due flussi è il migliore per l’azienda.
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Abstract
The presented work has been performed in Scuderia Toro Rosso S.p.a. F1® team.
An investigation of the relation between aerodynamic loads and structural behavior of a F1® front wing was performed. Data coming from track have been used to validate a prediction workflow, allowing to simulate the aeroelastic behavior of an aero component (whichever aerodynamic component wished to be studied) prior production release.
Track data have been gathered during a F1® track test session, video monitoring the Front Wing assembly during an out lap/fast lap/in lap sequence. The video analysis regards XZ plane movement of the Main Plane and Flaps, and YZ plane movement of the Nose. These videos have been then post-processed with an image tracking software and managed with MatLab® in order to create statistics on the assembly behavior.
The following step is to implement a two-way Fluid – Structure Interaction (FSI) workflow to predict the wing’s behavior under aerodynamic loads prior its production, this allows to simulate with a certain degree of correlation the car’s aerodynamic behavior in the CFD study phase. In this study case the computational structural component’s degree of correlation was determined prior the FSI workflow study, while the CFD degree of correlation is unknown. Core of the two-way method is to iterate an exchange of information between FEA and CFD environment, therefore passing baseline pressures from CFD in order to load the FEM structure. The resultant deflection is then used to morph the CFD mesh and run once more the CFD analysis. This loop is iterated until a satisfactory equilibrium is reached.
Additionally, the basis for another method has been produced, exploiting the potentialities of the Modal Superposition Method based on the mesh morphing software RBF Morph™, kindly provided by the RBF Morph s.r.l. company, with the technical and scientific support of Prof. Marco Evangelos Biancolini and PhD Doctor Corrado Groth of the University of Rome Tor Vergata.
The aim is to compare the two methods and then decide which workflow of the two is the most beneficial for the company.
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