高保真幾何建模的案例
IEA 15MW海上風(fēng)機(jī)葉片的高保真幾何模型 ￥398
<p>IEA 15MW葉片結(jié)構(gòu)包含三部分，分別葉片外殼與兩根剪切腹板；壓縮包里包含一個(gè)IGES文件和hypermesh模型，以及葉片的官方說(shuō)明書(shū)。</p>
高速通信系統(tǒng)中可調(diào)諧濾波器的高保真建模
基于多物理場(chǎng)仿真精確分析射頻濾波器
這種類(lèi)型器件的傳統(tǒng)分析方法是利用金屬支柱幾何高度的參數(shù)掃描（而非使壓電片拋物線(xiàn)式翹曲），進(jìn)而觀察濾波器的電容變化。但在實(shí)際工作中，金屬支柱是固定的，并且壓電片的實(shí)際變形在幾何上呈不均勻性。為此，參數(shù)掃描不能精確模擬電容變化；因此，測(cè)定的諧振頻率是不準(zhǔn)確的。
為描述真實(shí)世界的現(xiàn)象，必須采用多物理場(chǎng)方法，并結(jié)合高頻電磁場(chǎng)和壓電結(jié)構(gòu)分析，以此對(duì)壓電片的彈性變形和由此產(chǎn)生的電容變化進(jìn)行建模。在COMSOL Multiphysics? 軟件中使用這種方法是無(wú)縫且直觀的，因?yàn)樗鼮槟峁┑氖且粋€(gè)統(tǒng)一仿真平臺(tái)。
在統(tǒng)一仿真平臺(tái)上進(jìn)行多物理場(chǎng)仿真和移動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置，以此對(duì)壓電片的變形進(jìn)行建模。
壓電片的變形是通過(guò)幾個(gè)物理場(chǎng)接口的組合得以解決，這些接口包括固體力學(xué)（solid），靜電學(xué)（es）和移動(dòng)網(wǎng)格（ale）。當(dāng)壓電片因正負(fù)直流偏置而發(fā)生變形時(shí)，移動(dòng)網(wǎng)格接口用于將變形之后的網(wǎng)格作用于電磁波、頻域接口，該接口用于模擬微帶線(xiàn)和諧振腔內(nèi)部的電磁波傳播和諧振。
當(dāng)壓電片的電勢(shì)為+300V時(shí)，可觀察到變形值為~90 μm，這使得縫隙變小，縫隙中的電容增大。因此，諧振頻率的漂移低于在零偏壓和負(fù)偏壓下的漂移。
可調(diào)諧振腔濾波器的S參數(shù)。該模式采用直流偏置±300 V。
S參數(shù)曲線(xiàn)顯示了壓電片的偏轉(zhuǎn)對(duì)濾波器諧振頻率的影響。本例的可調(diào)諧頻率范圍約為40兆赫。這個(gè)范圍可以通過(guò)選擇不同的壓電盤(pán)大小和輸入偏置電壓來(lái)調(diào)節(jié)。
關(guān)于仿真真實(shí)世界設(shè)備的總結(jié)思考
RF模塊是COMSOL Multiphysics 的一款附加產(chǎn)品，它可以助您設(shè)計(jì)、構(gòu)建并優(yōu)化射頻、微波、毫米波和無(wú)源THz設(shè)備。您可以對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行建模，并擴(kuò)展模型，以此涵蓋其他在實(shí)驗(yàn)室中不易測(cè)得的物理現(xiàn)象，例如對(duì)材料性能的熱效應(yīng)以及結(jié)構(gòu)變形。
展開(kāi) 兩機(jī)仿真丨624所：整機(jī)全三維仿真技術(shù)加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)
一方面，為提高整機(jī)仿真精度，通過(guò)開(kāi)展整機(jī)復(fù)雜模型建模方法、網(wǎng)格生成技術(shù)、高精度求解算法等方法研究，形成一套適合工程使用的整機(jī)仿真方法與工具；另一方面，為加快仿真進(jìn)度、縮短整機(jī)仿真周期，開(kāi)發(fā)了一套標(biāo)準(zhǔn)化的整機(jī)仿真平臺(tái)，優(yōu)化仿真流程、集成核心算法、固化仿真經(jīng)驗(yàn)，最終建立整機(jī)全三維仿真設(shè)計(jì)體系，以支持航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速研制。
圖1 項(xiàng)目研究方案
關(guān)鍵技術(shù)
整機(jī)全三維仿真關(guān)鍵技術(shù)主要包括高保真模型構(gòu)建技術(shù)、部件交界面數(shù)據(jù)傳遞技術(shù)、整機(jī)全三維匹配技術(shù)、整機(jī)CFD仿真平臺(tái)集成技術(shù)。為攻克上述關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展了以下6個(gè)方面的研究工作。
高保真幾何建模及網(wǎng)格劃分
針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)模型保真度問(wèn)題，開(kāi)展了整機(jī)高保真幾何模型快速獲取方法研究。為提高模型精度，全方位梳理了發(fā)動(dòng)機(jī)各部件真實(shí)技術(shù)狀態(tài)，例如，風(fēng)扇、壓氣機(jī)可調(diào)導(dǎo)向葉片根尖間隙，渦輪葉片軸向、徑向間隙，可調(diào)噴管喉部面積等，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)模型保真度。掌握了整機(jī)各部件高保真物理模型快速處理方法，葉輪機(jī)部件直接采用定制葉型輸出文件，通過(guò)程序轉(zhuǎn)化輸出標(biāo)準(zhǔn)化的格式。燃燒室、加力燃燒室、噴管等采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件生成三維實(shí)體，并對(duì)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，通過(guò)該方法解決了整機(jī)復(fù)雜模型高保真幾何建模關(guān)鍵技術(shù)，完成了整機(jī)復(fù)雜模型界面劃分及內(nèi)流域模型構(gòu)建。
隨后,開(kāi)展了整機(jī)幾何模型網(wǎng)格快速劃分方法研究。針對(duì)常規(guī)的壓氣機(jī)流道及渦輪流道網(wǎng)格劃分可以采用模板化的全六面體網(wǎng)格劃分工具生成，但針對(duì)部分非常復(fù)雜的幾何模型，如發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道、燃燒室、加力燃燒室及噴管的網(wǎng)格劃分需要采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成工具進(jìn)行劃分。
展開(kāi) 整機(jī)全三維仿真技術(shù)加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)
關(guān)鍵技術(shù)
整機(jī)全三維仿真關(guān)鍵技術(shù)主要包括高保真模型構(gòu)建技術(shù)、部件交界面數(shù)據(jù)傳遞技術(shù)、整機(jī)全三維匹配技術(shù)、整機(jī)CFD仿真平臺(tái)集成技術(shù)。為攻克上述關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展了以下6個(gè)方面的研究工作。
高保真幾何建模及網(wǎng)格劃分
針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)模型保真度問(wèn)題，開(kāi)展了整機(jī)高保真幾何模型快速獲取方法研究。為提高模型精度，全方位梳理了發(fā)動(dòng)機(jī)各部件真實(shí)技術(shù)狀態(tài)，例如，風(fēng)扇、壓氣機(jī)可調(diào)導(dǎo)向葉片根尖間隙，渦輪葉片軸向、徑向間隙，可調(diào)噴管喉部面積等，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)模型保真度。掌握了整機(jī)各部件高保真物理模型快速處理方法，葉輪機(jī)部件直接采用定制葉型輸出文件，通過(guò)程序轉(zhuǎn)化輸出標(biāo)準(zhǔn)化的格式。燃燒室、加力燃燒室、噴管等采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件生成三維實(shí)體，并對(duì)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，通過(guò)該方法解決了整機(jī)復(fù)雜模型高保真幾何建模關(guān)鍵技術(shù)，完成了整機(jī)復(fù)雜模型界面劃分及內(nèi)流域模型構(gòu)建。
隨后,開(kāi)展了整機(jī)幾何模型網(wǎng)格快速劃分方法研究。針對(duì)常規(guī)的壓氣機(jī)流道及渦輪流道網(wǎng)格劃分可以采用模板化的全六面體網(wǎng)格劃分工具生成，但針對(duì)部分非常復(fù)雜的幾何模型，如發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道、燃燒室、加力燃燒室及噴管的網(wǎng)格劃分需要采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成工具進(jìn)行劃分。通過(guò)深入研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的分網(wǎng)策略，將幾何結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)分網(wǎng)結(jié)果的影響規(guī)律進(jìn)行提煉和總結(jié)，最后生成自動(dòng)化分網(wǎng)腳本文件，實(shí)現(xiàn)上億級(jí)網(wǎng)格的自動(dòng)化快速劃分。通過(guò)該方法完成了整機(jī)各部件復(fù)雜模型網(wǎng)格劃分，并串裝完成整機(jī)網(wǎng)格模型，如圖2所示。
可壓縮流與不可壓縮流高精度耦合仿真
為解決可壓縮流與不可壓縮流耦合仿真問(wèn)題，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪等高速可壓縮流與燃燒室及部件盤(pán)腔等低速不可壓流相互耦合仿真方法進(jìn)行了研究。重點(diǎn)開(kāi)展了燃燒室與渦輪部件耦合求解方法研究。
展開(kāi) 
