CFD专栏丨Altair AcuSolve 流体拓扑优化案例分享


Altair® OptiStruct®拓扑优化技术已经广泛用于航空航天,车辆等结构部件的减重项目。在2021.2版本中,通用计算流体力学模块AcuSolve 新增了CFD的拓扑优化功能。


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OptiStruct的结构拓扑优化


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AcuSolve的流体拓扑优化



CFD拓扑优化方法需要先创建一个设计空间,在此空间内软件算法自动寻优,逐步去除多余的空间体积,找出最佳的流道形状。目前此功能应用于管路内流的减阻分析。


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在工程项目中,我们会经常会遇到各种管路的设计。究竟哪种方案,才能最大减少流动损失呢?


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管路设计

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方案一

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方案二

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不佳方案


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拓扑优化方案


基于小流量工况的优化方案,在大流量下表现欠佳:


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∆p: 0.00744


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∆p: 0.00744


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下面我们将展示几种典型的CFD拓扑优化模型


案例1

流量分配的管路(1进4出)


此模型总共2百31万四面体网格,在1颗8线程CPU的笔记本上优化过程需要3小时。


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案例2

管路流动方向在三维空间

发生比较大的偏转


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案例3

T型管路

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CFD拓扑优化过程


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  人 工 经 验 优 化  

  拓 扑 优 化  

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流速不均匀

流速比较均匀



案例4

V6发动机的进气歧管


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原始固体部分


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原始流体部分


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阴影部分:原始管路

灰色部分:拓扑优化管路


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原设计方案三维流线

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拓扑优化方案三维流线


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阴影部分:原始管路

灰色部分:拓扑优化后,再表面光滑处理


CFD 拓扑优化后的流道输出为STL面网格格式,下一步再进行固体结构建模和分析。



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案例5

冷却管路


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流道有10 个180°拐弯,雷诺数=100


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原始方案

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拓扑优化方案


拓扑优化算法在弯头部位改变了挡板的厚度,并自动增加了一个类似翼型的导流板,从而使得整体流动损失降低了7.5%。


CFD拓扑优化的原理


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假如点积是负数: 增加固体材料


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原始方案

拓扑优化方案

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蓝色区域需要增加固体材料


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最终形状


CFD拓扑优化在线教程


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https://web.altair.com/altair-for-simlab-learning-center-trls


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关于 Altair澳汰尔


Altair(纳斯达克股票代码:ALTR)是一家全球技术公司,在仿真、高性能计算 (HPC) 和人工智能 (AI) 等领域提供软件和云解决方案。Altair 能使跨越广泛行业的企业们在连接的世界中更高效地竞争,并创造更可持续的未来。


公司总部位于美国密歇根州,服务于12000多家全球企业,应用行业包括汽车、消费电子、航空航天、能源、机车车辆、造船、国防军工、金融、零售等。


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