氣動結(jié)構(gòu)優(yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：洪劍 創(chuàng)建時間：2016-01-10
氣動結(jié)構(gòu)優(yōu)化的視頻教程
ADAMS運(yùn)動學(xué)仿真及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計第四講——結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
1.模型參數(shù)化 1）定義設(shè)計變量 2）模型參數(shù)化 2.優(yōu)化設(shè)計流程 1）優(yōu)化設(shè)計的一般流程 2）目標(biāo)函數(shù)定義 3）約束函數(shù)定義 4）優(yōu)化設(shè)計、設(shè)計研究和實(shí)驗(yàn)設(shè)計的區(qū)別 3.六連桿沖壓機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 4.發(fā)動機(jī)解耦率優(yōu)化設(shè)計
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isight集成catia_icem_fluent_仿真進(jìn)行氣動優(yōu)化（基于Kriging代理模型）
catia參數(shù)化建模與二次開發(fā)； ICEM網(wǎng)格劃分方法設(shè)置（非結(jié)構(gòu)+邊界層）、rpl文件錄制； Fluent的TUI語言教學(xué)，計算工況的建立； 基于Kriging代理模型的多島遺傳算法用于氣動優(yōu)化工作：初始樣本點(diǎn)選擇、代理模型搭建、多島遺傳算法設(shè)置等； isight集成catia+icem+fluent用于氣動優(yōu)化工作。
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在Isight平臺上進(jìn)行的基于MATLAB和AVL的無人機(jī)氣動布局參數(shù)優(yōu)化設(shè)計
3、優(yōu)化結(jié)果的解讀和注意事項(xiàng)。
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氣動結(jié)構(gòu)優(yōu)化的實(shí)例教程
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作者信息
何超杰* 黃勇
（上海飛機(jī)設(shè)計研究院，上海 201210）
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論文信息
DOI: 10.19416/j.cnki.1674-9804.2023.01.005
引用格式：何超杰,黃勇.襟翼氣動載荷測量方法優(yōu)化［J］.民用飛機(jī)設(shè)計與研究,2023(1):31-37.
軸流風(fēng)機(jī)主要由風(fēng)機(jī)葉輪和機(jī)殼組成，結(jié)構(gòu)簡單但是數(shù)據(jù)要求非常高。軸流式風(fēng)機(jī)通常用在流量要求較高而壓力要求較低的場合，由此軸流風(fēng)機(jī)的氣動性能成為評判其性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。
本文即將展示的是某軸流風(fēng)機(jī)的氣動性能優(yōu)化的全流程介紹。通過對軸流風(fēng)機(jī)的葉片和風(fēng)道進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化以提高其流量與效率。
01
優(yōu)化前準(zhǔn)備工作：
為了方便對葉片進(jìn)行調(diào)整，建立葉輪的全參數(shù)化模型，并將葉片分為六個控制截面來調(diào)整參數(shù)變化。之后設(shè)定參數(shù)變化規(guī)律或給定算法，在優(yōu)化軟件中會自動生成不同模型并啟動CFD軟件進(jìn)行仿真計算。
021
優(yōu)化目標(biāo)：PQ性能與效率
模型優(yōu)化過程中，主要分為風(fēng)道及葉片的調(diào)整，調(diào)整內(nèi)容如下：
031
優(yōu)化過程：
首先我們在軟件當(dāng)中建立全參數(shù)化的模型，然后優(yōu)化軟件設(shè)置中的參數(shù)以及參數(shù)變化范圍，接下來與CFD軟件進(jìn)行耦合，最后進(jìn)行全自動的性能優(yōu)化。其中對于優(yōu)化參數(shù)部分，主要是對扇葉進(jìn)行優(yōu)化：有葉片的翼形、弦長、三個方向的角度以及葉片數(shù)量，除此之外本次對風(fēng)道也進(jìn)行了一定程度的優(yōu)化。
展開 而PCA-Kriging模型相對于Kriging模型并沒有顯著優(yōu)勢，以至于其在優(yōu)化設(shè)計中難以被使用。尤其Kriging方法在設(shè)計變量維數(shù)大于118后預(yù)測精度急劇變差；而KPCA-Kriging方法此時預(yù)測精度仍然保持在一個可接受的范圍內(nèi)，并且預(yù)測誤差明顯小于Kriging方法和PCA-Kriging的預(yù)測誤差。
圖2 CRM機(jī)翼在不同設(shè)計變量數(shù)時的FFD框圖示
圖3 KPCA-Kriging與Kriging模型驗(yàn)證誤差隨設(shè)計維數(shù)變化曲線
圖4 KPCA-Kriging 模型驗(yàn)證誤差隨選擇的有效維數(shù)變化曲線（118維設(shè)計變量）
2）建立了基于SN-DRSM的高效全局氣動優(yōu)化設(shè)計方法，并在復(fù)雜跨聲速氣動外形優(yōu)化設(shè)計中得到應(yīng)用和驗(yàn)證。
針對AIAA氣動優(yōu)化討論組發(fā)布的NACA0012無黏優(yōu)化算例，采用基于自適應(yīng)空間擴(kuò)展(ADE)的代理優(yōu)化框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。ADE能自動選擇拓展后緣邊界的樣本，減少迭代優(yōu)化的次數(shù)，從而顯著提高優(yōu)化效率。優(yōu)化結(jié)果分別記為ADE-Kriging和ADE-KPCA-Kriging。結(jié)果顯示，基于ADE的兩種優(yōu)化方法阻力保持了持續(xù)的下降，直到150步以后接近收斂，而基于固定設(shè)計空間的方法在50次迭代后就已經(jīng)收斂，阻力值不再下降。并且基于自適應(yīng)設(shè)計空間擴(kuò)展的代理優(yōu)化方法獲得了更低的阻力值，其中基于
KPCA-Kriging模型的優(yōu)化方法獲得了最低的阻力系數(shù)42 counts
，小于基于ADE-Kriging和Kriging優(yōu)化方法的收斂得到的阻力值。并且
優(yōu)化翼型前緣壓縮和后緣恢復(fù)，后緣激波變?nèi)酰瑝毫Ψ植几吔皩ΨQ”
。如圖5至圖9所示。
展開 產(chǎn)品概念設(shè)計初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對零部件進(jìn)行設(shè)計往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)?em>優(yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)?em>優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域，借助FEM分析技術(shù)按照指定的優(yōu)化策略、約束準(zhǔn)則、目標(biāo)等從這些區(qū)域中刪除一定數(shù)量單元，用保留下來的單元描述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)洌l(fā)揮系統(tǒng)材料最大利用率。拓?fù)?em>優(yōu)化后，通常需要對其產(chǎn)生的結(jié)果模型進(jìn)行設(shè)計驗(yàn)證，完全復(fù)制拓?fù)?em>優(yōu)化前的邊界條件進(jìn)行仿真計算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續(xù)分析模塊去驗(yàn)證優(yōu)化后的模型。拓?fù)?em>優(yōu)化后的仿真計算設(shè)計驗(yàn)證過程如下圖所示。先在拓?fù)浣Y(jié)果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優(yōu)化結(jié)果傳遞至驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)自動生成位于拓?fù)?em>優(yōu)化系統(tǒng)上游的相同類型的Mechanical系統(tǒng)，并繼承之前的全部計算載荷和約束。創(chuàng)建該驗(yàn)證工作流程，分為四步，在創(chuàng)建的驗(yàn)證系統(tǒng)中去劃分網(wǎng)格運(yùn)行計算及查看設(shè)計結(jié)果。
前面版本雖然可以比較方便地把優(yōu)化后的模型導(dǎo)入到新的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真中，進(jìn)行優(yōu)化模型的驗(yàn)證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)中查看優(yōu)化后的力學(xué)特性，即允許用戶直觀可視化最終設(shè)計的結(jié)果（變形、應(yīng)力、特征值模態(tài)等），更方便快速檢查和驗(yàn)證力學(xué)行為。
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氣動結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最新內(nèi)容
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(yīng)用工程師
在結(jié)構(gòu)工程中，精度和效率是必須滿足的目標(biāo)。由于項(xiàng)目變得越來越復(fù)雜，能夠在確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同時簡化工作流程，對于取得成功的結(jié)果非常關(guān)鍵。
本文將介紹使用
今日16:00，Ansys官方『Ansys 結(jié)構(gòu)輕量化優(yōu)化設(shè)計解決方案及案例分析』介紹Ansys Mechanical拓?fù)鋬?yōu)化仿真解決方案，以及輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程案例分析，感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??
時間：5月12日（星期二），16:00-17:00
內(nèi)容簡介：
1. Ansys Mechanical 拓?fù)鋬?yōu)化仿真解決方案
2.輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計案例分析
講師：
<p class="ql-align-justify">Ansys 5月應(yīng)用系列線上研討會共10場，主題覆蓋AI+優(yōu)化、光學(xué)、電弧、熱管理、材料決策…等主題，希望幫助工程師深入掌握仿真能力的應(yīng)用價值，精彩內(nèi)容持續(xù)全年，歡迎大家報名參與！</p><p>歡迎加入直播交流聊，獲取專屬開播提醒、直播回放、直播PPT及完整日程實(shí)時更新，干貨不錯過！</p><p class="ql-align-center">
由于雙高斯照相物鏡結(jié)構(gòu)的對稱性，原則上所有橫向像差都能自動補(bǔ)償，因此在設(shè)計思路上只著眼于縱向像差的平衡設(shè)計。為此在設(shè)計過程中首先從設(shè)計其半部系統(tǒng)入手，然后再經(jīng)過鏡像處理形成雙高斯照相物鏡的全系統(tǒng)。雙高斯照相物鏡的半部系統(tǒng)在其系統(tǒng)光欄后只包括一個雙膠合透鏡和一片單透鏡組成，如圖2。
該類型鏡頭結(jié)構(gòu)簡單
ANSYS Workbench 形貌優(yōu)化主要是針對薄殼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，改變其表面形貌，如凸起，加強(qiáng)等。
原模型
整體變形為0.87mm。
質(zhì)量約束為100%
形貌優(yōu)化后，同質(zhì)量下，整體變形為
航空航天工業(yè)是對零部件質(zhì)量和可靠性要求最高的行業(yè)之一。利用增材制造技術(shù)生產(chǎn)高科技零部件的潛力巨大。這種新工藝提供了創(chuàng)造新型設(shè)計的機(jī)會，這些設(shè)計以功能為導(dǎo)向，具有優(yōu)化和面向目的的幾何形狀。
面臨挑戰(zhàn)
MSC Apex Generative Design的以功能為導(dǎo)向的組件優(yōu)化誕生于帕德博恩大學(xué)直接制造研究中心與工業(yè)合作伙伴的一個研究項(xiàng)目。為重新設(shè)計優(yōu)化項(xiàng)目確定并選擇了一個航空航天支架
<p class="ql-align-justify">*本文投稿自工程機(jī)械制造行業(yè)用戶張俊</p><p><br></p><p><br></p><p>車架是起重機(jī)三大結(jié)構(gòu)件之一，其剛度、強(qiáng)度性能對起重機(jī)的吊載性能、可靠性、安全性有著至關(guān)重要的作用。大量研究表面，汽車燃油消耗的50%是由整車重量引起的，整車重量每降低10%，燃油經(jīng)濟(jì)性可提高3.8%。輕量化設(shè)計是指在保證其基本性能的情況下，盡可能提高材料利用率
智能優(yōu)化設(shè)計軟件AIPOD：運(yùn)用多目標(biāo)優(yōu)化算法進(jìn)行氣動與結(jié)構(gòu)自動優(yōu)化，彌補(bǔ)學(xué)生工程經(jīng)驗(yàn)不足的短板。只需設(shè)定目標(biāo)，AIPOD即可自動尋優(yōu)，探索出最優(yōu)設(shè)計方案。
天洑軟件不僅在性能上追趕國際一流水準(zhǔn)，更在用戶體驗(yàn)上深耕。全中文界面符合國人操作習(xí)慣，內(nèi)置AI智能助手，可快速獲取解決方案。天洑強(qiáng)大的技術(shù)團(tuán)隊(duì)也將作為航模隊(duì)的堅強(qiáng)后盾，協(xié)助解決復(fù)雜的工程挑戰(zhàn)。
*本文投稿自工程機(jī)械制造行業(yè)用戶張俊
車架是起重機(jī)三大結(jié)構(gòu)件之一，其剛度、強(qiáng)度性能對起重機(jī)的吊載性能、可靠性、安全性有著至關(guān)重要的作用。大量研究表面，汽車燃油消耗的50%是由整車重量引起的，整車重量每降低10%，燃油經(jīng)濟(jì)性可提高3.8%。輕量化設(shè)計是指在保證其基本性能的情況下，盡可能提高材料利用率，將重量做到最低，這是降低成本節(jié)約能耗的重要手段之一。
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航空航天領(lǐng)域的飛行器氣動設(shè)計、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學(xué) 算法特點(diǎn)，及圖形工作站硬件配置推薦6個月前
飛行器氣動設(shè)計、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學(xué)直接觸及了航空航天領(lǐng)域仿真的技術(shù)核心。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，精準(zhǔn)把握這些算法的計算特性，是為客戶提供最優(yōu)硬件解決方案的關(guān)鍵。
我將為您逐一解析這五大航空航天仿真領(lǐng)域。
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