CAESES自動化生成新的幾何變體并耦合CFD求解器來進(jìn)行模型仿真優(yōu)化的方法被應(yīng)用在多種場景下，閥門的設(shè)計和優(yōu)化就是其中之一。這種方法的優(yōu)勢在于能夠顯著地縮短產(chǎn)品研發(fā)時間，并在指定的約束范圍內(nèi)尋找到最優(yōu)的設(shè)計。

閥門是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有截止、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。閥門優(yōu)化的主要目的通常是在規(guī)定的壓降下改善通過閥門的流量，即改善閥門的流量系數(shù)或流量因子（該參數(shù)是一個表征閥門流動效率相對數(shù)值）。

一、案例：耦合SimericsMP+進(jìn)行閥門優(yōu)化     

                                                    用于本次仿真優(yōu)化的迪普馬四通滑閥

下面將介紹一個閥門的優(yōu)化案例，為大家呈現(xiàn)使用CAESES并耦合SimericsMP+軟件來優(yōu)化閥門性能的工作流程。

本文的研究對象是迪普馬公司的一款四通滑閥，它是一種由電磁或者液壓控制的先導(dǎo)式分配結(jié)構(gòu)。我們主要對閥門的兩個端口的形狀進(jìn)行優(yōu)化，使得閥門在施加5 bar的壓力時獲得最大的流量。出于這樣的優(yōu)化目標(biāo)，在仿真過程中，將滑閥固定到某一特定的位置。在該位置上，端口P和端口A（下圖中藍(lán)色部分）通過滑閥內(nèi)部的通道（下圖中綠色部分）連接，這是該滑閥一個典型的工作狀態(tài)。

                                                                進(jìn)行優(yōu)化的滑閥部件

二、幾何變形設(shè)置

首先，將端口從原始的CAD模型中剝離出來，并在CAESES中構(gòu)建參數(shù)化的幾何模型。對于前文提到的兩個端口，分別使用9個參數(shù)作為設(shè)計變量對其進(jìn)行變形控制。這些參數(shù)控制著端口內(nèi)部流道的形狀變化。以下動圖展示了各個參數(shù)的變形效果。

1-腔體高度.gif

2-腔體扭轉(zhuǎn)角度.gif

3-腔體變形系數(shù).gif

4-腔帽高度.gif

5-腔帽扭轉(zhuǎn)角度.gif

6-缸體高度.gif

7-缸體頂部錐角.gif

8-腔底部倒圓半徑.gif

9-外圓半徑.gif

三、SimericsMP+自動化仿真    

使用CAESES軟件中“軟件連接”功能，耦合SimericsMP+軟件對新生成的幾何變體進(jìn)行仿真分析。首先，在CAESES中，對模型的各個部位以不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，然后模型以“按顏色剝離”的STL格式輸出。這樣模型的各個部位都能以獨立的stl文件輸出，以方便SimericsMP+軟件對模型的各個部位進(jìn)行識別，從而很方便地進(jìn)行邊界設(shè)置（如各部位上不同的網(wǎng)格和邊界條件的設(shè)置等）并自動生成網(wǎng)格。在SimericsMP+軟件的GUI中進(jìn)行一次設(shè)置后，保存spro格式的腳本文件，它將被CAESES軟件調(diào)用并用于每一個變體的仿真計算。

對于計算結(jié)果，CAESES能夠自動導(dǎo)入具有完整流場信息的Ensight Gold文件以及包含完整迭代信息的文本文件。后者用于提取優(yōu)化的目標(biāo)參數(shù)，即前文設(shè)定的質(zhì)量流量。

                                    CAESES軟件中軟件耦合設(shè)置以及優(yōu)化結(jié)果顯示

四、優(yōu)化過程和結(jié)果     

整個優(yōu)化過程由三個階段組成。第一階段，采用初級的DoE算法對一個端口模型進(jìn)行優(yōu)化，在生成的100個變體里進(jìn)行比較，選取優(yōu)化結(jié)果?；诘谝淮蔚挠嬎憬Y(jié)果，選取4個對性能影響最大的設(shè)計變量，譬如這些變量對目標(biāo)參數(shù)有很強(qiáng)的相關(guān)性（腔體高度、腔體旋轉(zhuǎn)角度、外圓半徑、底部倒圓半徑），進(jìn)行第二階段的DoE計算。該階段，同時對兩個端口進(jìn)行優(yōu)化，并生成90個變體進(jìn)行仿真分析。最終在第二輪DoE結(jié)果中選取最優(yōu)模型，并采用相同的設(shè)計變量生成新的50個變體進(jìn)行局部優(yōu)化，得到最終的優(yōu)化模型。

                                                滑閥端口各參數(shù)對性能影響趨勢示意

相較于基準(zhǔn)模型，最終優(yōu)化模型的流量提升了9%，在前兩個DoE階段流量提升了7%，局部優(yōu)化階段又提升了2%。并且在優(yōu)化過程中監(jiān)控了端口的體積變化，所有的變體體積都在允許的范圍內(nèi)，沒有超過限制。在那不勒斯大學(xué)工業(yè)工程學(xué)院對模型進(jìn)行了試驗測試，驗證了優(yōu)化結(jié)果的可靠性。值得注意的是，那不勒斯大學(xué)工業(yè)工程學(xué)院的研究人員先前進(jìn)行了手動優(yōu)化嘗試，得到的優(yōu)化結(jié)果與CAESES自動優(yōu)化結(jié)果性能接近，但是該工作耗費了他們幾個月的時間，而采用CAESES自動化的優(yōu)化流程僅僅需要幾天的時間。

                                                  初始模型（藍(lán)色）和優(yōu)化模型（紅色）對比

“CAESES耦合SimericsMP+進(jìn)行仿真優(yōu)化的速度和效率，給我留下了深刻的印象。之前采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行同樣的工作得到相似的結(jié)果，耗費了我們近10倍的時間?！?/em>

                                                                                            ——Michele Pacanetto，迪普馬公司技術(shù)總監(jiān)