優(yōu)勢(shì)

生成理想的增材制造設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡早滿足工程要求

生成滿足可用空間限制的設(shè)計(jì)

通過(guò)優(yōu)化熱效率和流路來(lái)提高產(chǎn)品性能

摘要

隨著增材制造的工業(yè)化趨勢(shì)日益凸顯，創(chuàng)成式工程受到越來(lái)越多的關(guān)注。在早期階段就使用拓?fù)鋬?yōu)化解決結(jié)構(gòu)問(wèn)題，以滿足開(kāi)箱即用的創(chuàng)成式工程需求。過(guò)去，通常采用試錯(cuò)方法來(lái)解決流動(dòng)相關(guān)問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)于保守，無(wú)法發(fā)揮增材制造的優(yōu)勢(shì)。用于流體流動(dòng)的拓?fù)鋬?yōu)化充分發(fā)揮出了增材制造的潛力。它可以：

• 使用強(qiáng)大的基于梯度的優(yōu)化方法自動(dòng)生成優(yōu)化設(shè)計(jì)
• 基于工程目標(biāo)創(chuàng)建早期設(shè)計(jì)概念，無(wú)需初始設(shè)計(jì)
• 設(shè)計(jì)性能更好的產(chǎn)品，自然而然地滿足包裝約束

Simcenter STAR-CCM+提供了解決方案

Simcenter STAR-CCM+軟件是Siemens Xcelerator軟件、硬件和服務(wù)業(yè)務(wù)平臺(tái)的一部分，在該軟件中使用拓?fù)鋬?yōu)化可為流體/熱問(wèn)題提供集成式解決方案。要運(yùn)行伴隨拓?fù)鋬?yōu)化，您只需通過(guò)成本函數(shù)定義設(shè)計(jì)包絡(luò)和流動(dòng)/熱目標(biāo)。此方法將省去幾何中阻礙成本函數(shù)的部分，從而將它們轉(zhuǎn)換為實(shí)體并定義理想的流路形狀。它使您能夠以精簡(jiǎn)的方式解決具有相互牽制的目標(biāo)的工程問(wèn)題。這些競(jìng)爭(zhēng)屬性是增材制造領(lǐng)域的關(guān)鍵所在。Simcenter STAR-CCM+提供：

• 高水平的工作效率，采用單個(gè)集成式用戶界面，減少了工程時(shí)間并提供了易于使用的流水線式工作流程
• 一種基于水平集方法的競(jìng)爭(zhēng)性方法，通過(guò)在預(yù)測(cè)的流路周圍采用移動(dòng)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)
• 一種靈活而強(qiáng)大的優(yōu)化方法，具有多種成本函數(shù)和約束定義，可解決各種工程問(wèn)題

圖1.電池冷卻歧管的設(shè)計(jì)演變。

工作效率使用Simcenter STAR-CCM+可實(shí)現(xiàn)高效且可定制的工作流程，原因如下：

• 自動(dòng)化和可重復(fù)的拓?fù)鋬?yōu)化執(zhí)行，可高效解決問(wèn)題
• NX軟件中幾何體的傳入/傳出，使您能夠?qū)⑿略O(shè)計(jì)無(wú)縫集成到增材制造生產(chǎn)鏈中
• 采用水平集方法的干凈流路，大幅減少手動(dòng)幾何模型清理和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)復(fù)制，顯著縮短周轉(zhuǎn)時(shí)間
• 自動(dòng)采用不斷變化的流體/固體界面的網(wǎng)格，從而平衡計(jì)算工作量和精度
• 自動(dòng)生成封閉曲面，提供全新的防水設(shè)計(jì)，可直接導(dǎo)出生成的幾何體或在Simcenter STAR-CCM+中使用

圖2.用于從頭到尾推動(dòng)拓?fù)鋬?yōu)化流程的仿真操作。

圖3.噴油器的拓?fù)鋬?yōu)化：用于解析新設(shè)計(jì)界面（左）的自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化(AMR)以及與結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的組（右）。

競(jìng)爭(zhēng)力使用提供獨(dú)特水平集方法的Simcenter STAR-CCM+實(shí)現(xiàn)高性能設(shè)計(jì)：

• 減少清理和CAD復(fù)制時(shí)間，使固體和流體之間的界面更清晰，從而大幅降低生產(chǎn)成本。這減少了設(shè)計(jì)中的扭結(jié)和折疊，并消除了基于孔隙率的傳統(tǒng)拓?fù)渖煞椒óa(chǎn)生的多余流動(dòng)區(qū)。它創(chuàng)建了一個(gè)強(qiáng)大的優(yōu)化過(guò)程，允許用戶在中間優(yōu)化步驟中使用半收斂伴隨和流動(dòng)解決方案運(yùn)行
• 明確定義流體與設(shè)計(jì)周圍的虛構(gòu)實(shí)體之間的界面，以應(yīng)用處理并模擬邊界。這可以是湍流壁處理或流體/固體界面的AMR

圖4.用于穩(wěn)健拓?fù)鋬?yōu)化的水平集場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)清晰的流固界面。

靈活性拓?fù)鋬?yōu)化可為大量工程問(wèn)題提供解決方案，因此在日常業(yè)務(wù)中發(fā)揮著重要作用，例如：

• 使用約束優(yōu)化方法解決具有相互牽制的屬性的工程問(wèn)題。用戶可以定義具有多個(gè)流動(dòng)/熱和體積約束的目標(biāo)
• 通過(guò)集成的體積約束平衡工程性能和設(shè)計(jì)體積之間的權(quán)衡。它允許用戶指定流動(dòng)或固體占據(jù)的域百分比
• 通過(guò)擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化之外來(lái)解決更大類別的工程問(wèn)題。用戶定義的成本函數(shù)支持快速定義和分析各種流體流動(dòng)和熱場(chǎng)景