Оптимизация конструкции в CADFlo и DT Seven: пример расчета и возможности ПО

В настоящей статье рассказывается об использовании связки отечественных программных продуктов CADFlo и DT Seven в части решения оптимизационных задач. Будут рассмотрены ключевые особенности указанных продуктов и продемонстрирован пример решения задачи с геометрической оптимизацией.

CADFlo

Основная особенность CADFlo заключается в том, что данный продукт интегрируется непосредственно в интерфейс CAD. CADFlo поддерживает большинство современных CAD – пакетов, как зарубежных, так и отечественных. Например, имеется поддержка Компас, довольно распространенного продукта на российских предприятиях. Из ключевых особенностей стоит отметить то, что процесс установки и решения задачи в данном программном комплексе относительно прост в сравнении с другими продуктами, так как инженеру не требуется изучать интерфейс новой незнакомой программы.

Соответственно, все действия, то есть построение геометрии, сеточных моделей, настройка расчета и обработка результатов выполняются в привычном для пользователя интерфейсе. Помимо этого, многие процессы в CADFlo довольно автоматизированы. Это, например, извлечение объема течения жидкости или возможность автоматического построения сетки. Расчетные возможности CADFlo охватывают широкий спектр физических явлений — можно моделировать многокомпонентные течения, течения с теплообменом, в том числе сопряжённым — с учётом конвекции, теплопроводности и излучения. Можно учитывать различные сопутствующие явления, такие как кавитация и конденсация. Также CADFlo позволяет моделировать такие сложные процессы, как горение, течение в роторных машинах, многофазные течения со свободной поверхностью и другие явления.

В CADFlo имеются возможности и для оптимизационных расчетов, но с некоторыми ограничениями в сравнении со специализированными продуктами, такими как DT Seven. В частности, в CADFlo доступна только однокритериальная оптимизация, чего не всегда достаточно для решения задач. В таком случае, соответственно, эффективнее использовать связку CADFlo и DT Seven, что и является главной темой данной статьи.

DT Seven

Отличительной чертой программного комплекса DT Seven является возможность решения сложных задач, связанных с оптимизацией. Настройка задач DT Seven выглядит как создание цепочки из различных блоков, каждый из которых выполняет определенную функцию. Подобная структура позволяет создать сложные, но при этом интуитивно понятные расчетные схемы, реализовывать различные логические операции и циклы, кэшировать и повторно использовать данные и так далее. Также имеется возможность распараллеливания расчета и возможность удаленного запуска. В DT Seven можно интегрировать пользовательское программное обеспечение или какие-то собственные коды в расчетную схему с помощью блоков интеграции общего назначения. Он называется Program. В частности, таким образом можно интегрировать все современные CAE-пакеты — Ansys, Abaqus, либо отечественный CADFlo.

Помимо блоков общей интеграции в DT Seven имеются блоки прямой интеграции для самых известных CAD и CAE систем. Их можно видеть на изображении:

Прямая интеграция позволяет выбирать параметры для расчета прямо внутри блока, без использования дополнительных блоков. Это сокращает расчетные схемы и ускоряет проведение расчетов. Для CADFlo на данный момент прямая интеграция доступна для версии Siemens NX и SolidWorks. Для остальных версий необходимо использовать блоки общей интеграции.

При решении задачи в рамках данного вебинара будет использоваться блок прямой интеграции CADFlo для SolidWorks.

Описание задачи

Рассматривается конструкция коллектора с одним входным патрубком и двумя выходными. В качестве текучей среды используется вода с массовым расходом 1 кг/с на входе. На выходе задается статическое давление, равное стандартному атмосферному. Температура среды 293.2 К.

Цель — найти такой вариант конструкции изделия, при котором на выходе реализуется равенство расходов (как будет показано далее, изначальная конструкция данное условие не удовлетворяет). Соответственно, за равенство расходов в данном случае будет целевой функцией.

За входные параметры примем геометрические характеристики — диаметры выходных патрубков и их расположение на нижней стенке.

Постановка задачи в CADFlo

Входные параметры задачи были заданы в среде SolidWorks, в соответствии с изображениями ниже. Они были названы S1, S2 (это расстояния до боковых поверхностей) и D1, D2 (это диаметры) соответственно.

Помимо этого, во всех входных и выходных сечениях были созданы заглушки, то есть дополнительные тела, предназначенные для того, чтобы CADFlo мог выделить область течения, то есть вырезать из твердотельной геометрии объем течения жидкости или газа.

На следующем шаге задавались основные настройки задачи, с использованием Мастера проекта (показаны на изображениях ниже). Не представленные настройки были оставлены по умолчанию.

Далее необходимо назначить граничные условия – в данном случае одно входное условие и два выходных. Задавались расход на входе и давление на выходе, в соответствии с изображениями ниже.

После этого были созданы цели – специальные величины, которые мы хотим отслеживать в ходе расчета для контроля его сходимости. В данном случае в качестве целей использовались величины расходов в выходных патрубках:

Настройки сетки были оставлены по умолчанию (3-ий уровень начального разбиения, автоматический режим):

Далее был запущен расчет на изначальной геометрии. После его завершения было установлено, что расходы в выходных сечениях отличаются:

Соответственно, первый вариант конструкции не подходит, необходимо менять геометрию. Для дальнейшего решения задачи необходимо использовать DT Seven.

Постановка задачи в DT Seven

Для решения задачи в DT Seven потребуется 2 блока – блок прямой интеграции CADFlo и блок Design Space Exploration (DSE), отвечающий за оптимизацию. Блок CADFlo будет считывать на вход новые параметры геометрии, выполнять расчет и подавать на выход значения расходов, а блок DSE будет оценивать получившиеся величины расходов и генерировать очередной набор входных параметров.

Настройка блока CADFlo выглядит следующим образом (по сути, задается используемый CAD-пакет и входные/выходные параметры):

Настройка блока DSE выглядит следующим образом:

Первое, что можно выбрать блоке DSE – это техника планирования эксперимента. По умолчанию всегда стоит опция Smart Selection. В данном случае использовалась именно она, следовательно DT Seven автоматически подберет наиболее оптимальную технику планирования эксперимента исходя из настроек задачи.

Также в данном окне были заданы ограничения на входные (D1, D2, S1, S2) и выходные параметры (Q1, Q2).

Далее была настроена связь между блоками путем связывания одноименных параметров (например, параметр S1 связывался с параметром Blackbox S1, S2 с Blackbox S2 и т. д.):

Далее был запущен расчет, результаты которого приведены далее.

Результаты расчета

Для получения подходящего варианта геометрии в данном случае потребовалось 48 итераций. Соответственно, блок DSE сгенерировал 48 расчетных точек. Сравнение начального и итогового вариантов геометрии приведено в таблице ниже:

Параметр	Изначальное значение	Оптимальное значение
D1, мм	9	7,46
D2, мм	9	7,96
S1, мм	17	25
S2, мм	11	6
Q1, кг/с	0,5384	0,5044
Q2, кг/с	0,4616	0,4956

Можно видеть, что диаметры в новой конструкции стали меньше, при этом оба выходных патрубка сдвинулись в сторону входа.

Визуально отличие новой конструкции от старой выглядит следующим образом (дополнительно выведено поле течения):

Связка CADFlo и DTSeven позволяет решать оптимизационные задачи, в том числе с использованием геометрических параметров. При этом прямая интеграция CADFlo в интерфейс DTSeven (для SolidWorks и Siemens NX) позволяет ускорить процесс постановки и решения оптимизационных задач.

Для других Cad-пакетов можно использовать блок интеграции общего назначения Program.

Получить консультацию

Заполните форму прямо сейчас, и мы свяжемся с Вами!

* Обязательные поля для заполнения