仿真優化
關注創建者：陌木錯 創建時間：2019-05-24
仿真優化的視頻教程
Altair 電驅動總成多物理場仿真與優化系列網絡研討會
本次“Altair 電驅動總成多物理場仿真與優化系列網絡研討會”將從結構力學仿真應用于拓撲優化、驅動電機NVH仿真、電驅動總成潤滑及冷卻仿真、電機電磁優化設計、電驅動系統分析與多學科聯合仿真等方面進行分享，與大家共同探討電驅動總成綜合分析方法趨勢及應用，歡迎報名參會。
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隔熱螺栓的優化仿真案例分享
ABAQUS隔熱螺栓的優化仿真案例分享 適用人群：結構仿真工程師 隔熱螺栓的優化仿真案例分享【已結束】 直播時間：2020-09-18 19:30 隔熱螺栓產品設計過程中，需要考慮其工作環境的熱傳導分析，同時需要進行螺栓結構的強度校核。為了得到結構設計和熱設計之間的最佳組合方案，需要進行多輪次的設計迭代與仿真校核。
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應用VI-grade仿真解決方案進行賽車圈速仿真和性能優化
VI-grade的虛擬仿真以及 駕駛模擬器技術，在過去近二十年中被廣泛應用，并成功幫助用戶完成了一次又一次挑戰。 在這場60分鐘的免費網絡研討會上，VI-grade的技術專家將講解如何進行賽車圈速仿真和性能優化。
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仿真優化的實例教程
在渦輪的氣動設計過程中，因設計需求變更導致的渦輪葉片優化迭代較多。目前CFD仿真技術應用廣泛，在葉輪機設計領域更有多款單獨的仿真軟件。而因造型參數較多（單個葉片30個以上），渦輪葉片的優化工作還是較為耗時繁瑣，往往只有經驗豐富的工程師才能合理把握進度。
本次分享的輸入條件為單級渦輪葉片，針對轉子葉片進行參數優化仿真。整個優化仿真過程依賴于CAESES仿真優化軟件進行，主要分為CAESES參數化建模、制定仿真優化方案、CFX仿真及腳本錄制、軟件鏈接優化仿真四大步驟，希望本人的淺析能為大家在葉輪機葉片優化仿真方面帶來幫助。
一、CAESES參數化建模
本方案葉型采用基于Nurbs曲線的方法進行參數化造型，包含了前/尾緣圓弧、Nurbs曲線（5個控制點）、角度、位置等參數共21個（主要參數如圖2所示）。該造型方法具有光順連接、靈活多變、完全可調等特點，較為適合直拉式葉片的設計。
在CAESES建模過程中，采用“Feature”功能實現葉型參數化設計，基于“Curve Engine”進行參數控制，最終通過“Meta Surface”曲面造型功能實現基于參數曲線的三維葉片造型。參數曲線以及相應的三維葉片如圖3所示，此模型可通過參數曲線的調節控制模型的形狀變化。
二、仿真優化方案
由于三維葉片造型參數較多，本方案采用等截面葉柵的方式對葉片進行優化。仿真優化方案如圖4所示，在CAESES參數化模型進行上，在不同葉高位置截取葉型，由直拉的方式得到等截面葉柵（如圖5所示），通過等截面葉柵葉型氣動優化間接實現三維葉片的優化。
展開 （a）Free Form Deformation （b）直接參數控制 （c）間接關聯控制
圖3 參數變化演示
二、軟件鏈接仿真優化
網格生成及CFD計算采用現在較為流行的商業仿真軟件Star-CCM+，參數化建模生成 “stl”數模，仿真計算流程生成“java”腳本文件，整個仿真優化流程如圖4所示。使用CAESES強大的外部軟件鏈接及優化功能，即可將兩個仿真軟件進行串聯，實現方案的自動仿真優化（鏈接文件如圖5所示）。
圖4 仿真優化流程
圖5 建模-仿真軟件鏈接
CAESES包含了單目標、多目標、遺傳算法等多種優化算法。本方案在保證速度均勻性的條件下，降低壓損為目標參數進行優化。選擇對模型以及氣流均勻性影響較大的10個參數變量，先用sobol算法進行設計參數的敏感度分析，然后在sobol結果（20個）基礎上選擇優化算法（如T-search算法）進行進一步優化。通過1天的CFD仿真計算，在80個自動優化方案中得到了最終方案（如圖6所示）。
圖6 T-search仿真數據
圖7為原始方案與優化方案的仿真流場對比結果，通過參數改進，入口與中間腔體連接區域的流動更為均勻，最終對4個出氣口的均勻性有所提高前提下，壓損降低了3%。
整個進氣岐管方案的仿真優化時間共為3天（包括參數化建模），可見CAESES軟件對于復雜變形模型的優化也具有較大優勢，通過參數關聯以及敏感性分析，可快速高效地實現仿真優化目的。
圖7 流場對比圖（速度）
展開 在仿真設計過程中，因進氣岐管造型復雜，通過單一參數的調節往往無法得到理想方案，且耗時耗力。本文采用CAESES軟件對進氣岐管進行全參數化建模，鏈接商業仿真軟件（如Star-CCM+）對多個關鍵參數進行同時優化，通過自動化仿真計算快速高效地得到了優化方案。
本次分享的輸入條件為進氣歧管，對已有參考模型進行參數優化建模仿真。整個仿真優化過程依托于CAESES仿真優化軟件進行，主要分為CAESES參數化建模、CFD仿真及腳本錄制、軟件鏈接仿真優化三個部分。希望本人的優化嘗試能讓大家對CAESES這款軟件更為了解，同時也能為進氣岐管或是類似模型的仿真優化提供思路。
一、CAESES參數化建模
本方案的進氣歧管連接有4個氣缸，進氣管與4個出氣口之間通過一個腔室進行串聯，同時實現氣流分配。整個CAESES參數化建模過程主要為8個步驟（如圖2所示），參考已有模型尺寸及位置，分別創建入口段、中間腔體和4個出口段；接著創建入口和出口分別與中間腔體之間的連接段；然后對中間腔體和其他連接曲面進行分割及閉合處理，并得到完整進氣岐管模型。
模型變形，除了全參數化建模，還可以針對已有模型通過“Free Form Deformation”自由變形、直接參數控制、間接關聯控制等多種方法對現有模型進行外形變化（如圖3所示），通過對關鍵位置的變形控制獲取不同方案的CFD結果，從而達到優化的目的。
二、軟件鏈接仿真優化
網格生成及CFD計算采用現在較為流行的商業仿真軟件Star-CCM+，參數化建模生成 “stl”數模，仿真計算流程生成“java”腳本文件，整個仿真優化流程如圖4所示。
展開 各類防水仿真優化，接觸電阻仿真優化，溫升仿真優化，插拔力仿真優化，保持力仿真優化等等
使用CAESES強大的外部軟件鏈接功能，即可將通過輸入/輸出文件將三部分的仿真軟件進行串聯（如圖6所示）。
圖5 優化仿真流程
圖6 優化仿真軟件鏈接
CAESES包含許多優化算法，本輪方案采用Sobol算法對兩個自變量參數進行明暗度分析，初步擬定了20套模型進行優化對比（如圖7所示）。通過仿真結果排序，優化效果較為明顯，喉道總壓恢復系數由初始方案的0.794提升至0.844，提升了6%，出口總壓恢復系數則提升了4%。
圖8-圖10為仿真結果及對比方案，由仿真結果可知，在楔板總傾角不變的條件下，內唇口偏轉角對總壓性能表現出了良好的單調影響趨勢，為喉道總壓性能的主要影響因素。
通過本輪方案的優化仿真，初步摸索了無粘條件M3.4下二元可調進氣道的角度參數對進氣道性能的影響，再次體現了CAESES軟件在仿真優化方面的優勢。在此基礎上，可通過來流條件變化、附面層吸除、粘性計算、擴壓器分流等方式，對二元可調進氣道進行下一步的仿真優化，往工程設計靠攏。
圖7 仿真優化數據
圖8 仿真流場圖（總壓恢復系數）
圖9 性能曲線圖
圖10 優化方案對比
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05/總結
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本文原刊登于Ansys.com：《Boost Your Ansys Workflow: 5 Tips for Faster, More Accurate Structural Checks》
編輯整理：邱成宇 | Ansys 高級應用工程師
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[1]在這一背景下，建筑風環境仿真技術正成為優化人居環境、保障建筑安全的關鍵支撐。CAE風環境仿真技術，通過高精度數值模擬還原真實風場與建筑的相互作用，為建筑可持續設計提供科學決策依據。
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今日16:00，Ansys官方『Ansys 結構輕量化優化設計解決方案及案例分析』介紹Ansys Mechanical拓撲優化仿真解決方案，以及輕量化結構設計的工程案例分析，感興趣的下滑預約學習??
時間：5月12日（星期二），16:00-17:00
內容簡介：
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