基于CAESES建模的壓氣機蝸殼優化

  傳統設計方法設計蝸殼時,需要設定每一個蝸管截面設計幾何尺寸,再進行三維造型出各個角向截面幾何,并掃掠得到蝸管。而在設計優化過程中需要反復調整設計尺寸,也需要重復幾何造型,給設計人員帶來了大量的重復性勞動。

CAESES則通過參數化造型的方法,并將設計理念融入造型過程,省去了優化過程的反復造型工作,也使得幾何造型更加符合設計理念。

第一步,確定幾何截面的參數化定義方式。蝸殼截面的形式有很多種,梯形、方形、圓弧形等。本例截面參數定義方式如下圖所示。

基于CAESES建模的壓氣機蝸殼優化的圖1

第二步,確定截面設計約束。設計工程師在設計蝸殼的過程中不僅會研究各個截面參數對蝸殼性能的影響,也需要研究各個參數沿著角向360度的變化規律對性能的影響。例如,等環量設計要求、最大外側直徑要求、最大高度要求等等。CAESES中實現等環量要求,可以使用如下代碼控制。

基于CAESES建模的壓氣機蝸殼優化的圖2

第三步,完成蝸管幾何造型。蝸管造型方式采用CAESES特有的曲面成型方式,Mateface功能。該命令要求定義一條參數化特征曲線和定義參數的變化規律。例如,定義特征曲線如圖1所示,定義Ra隨角度變化而線性變化,則最終形成模型各個截面幾何會因Ra的變化而變化。

基于CAESES建模的壓氣機蝸殼優化的圖3

第四步,蝸舌建模。傳統蝸舌建模都是通過倒圓角實現,而圓角功能對蝸舌的適應性并不好,經常出現圓角生成失敗、圓角過小等情況。為避免類似情況出現,CAESES用曲面去代替圓角,實現方式如下圖所示。

基于CAESES建模的壓氣機蝸殼優化的圖4基于CAESES建模的壓氣機蝸殼優化的圖5基于CAESES建模的壓氣機蝸殼優化的圖6

在曲面上偏置相交線,得到蝸舌曲面的兩條邊線,并分別在各自曲面上偏置得到方向控制線,然后從四條曲線上獲取四個點定義出特征曲線,該特征曲線,滿足與兩個面相切的約束。最后使用mateface功能,完成蝸舌創建,得到壓殼模型如下。

基于CAESES建模的壓氣機蝸殼優化的圖7

最后,創建完成該模型后則可以通過CAESES優化模塊進行性能優化,或者各個參數對性能影響的分析工作。該部分的操作和執行方式見其他文檔描述。

以下是根據優化進口面積大小和最大外輪廓半徑得到的優化結果。


基于CAESES建模的壓氣機蝸殼優化的圖8

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