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解决方案

动力设备—多学科仿真与优化


现状:

      动力设备是现代机械设备的核心部件,动力设备的设计很大程度上决定了机械设备的性能。并且动力设备的设计是一个极为复杂的系统工程,涉及热力、气动、结构、强度、振动、寿命、燃烧、传热、机械传动、控制、润滑、电气、工艺、材料、可靠性、维修性、保障性、计算机等众多学科。

  

问题与挑战:

      传统的动力设备设计方法先在部分学科范围内进行孤立的单一学科优化,然后再校核其他学科的要求,主要凭以往经验人为地平衡各学科指标的冲突,未充分考虑各学科之间的藕合作用;只能设计出基本满足要求的方案,而不是系统整体最优的方案,且属于串行设计,设计周期长,经济代价高。同时各个学科的专业软件较多,不同专业软件间的数据接口少,数据转换部分依靠软件自带转换接口,一部分依靠工程师自动编程转换,数据的准确性和完整性很难保证。

 
 

  

解决方案:

      多学科仿真优化系统针对动力设备提供3D仿真优化的工具集成框架和仿真运行环境。

      燃气轮机涡轮叶片会涉及热-流-结构多学科耦合仿真。一般需要对气动力结果作为前置约束条件;进行热仿真并把结果耦合到结构网格;进行结构强度的求解,以验证零组件的结构强度性能;在涡轮叶片的热-流-结构耦合仿真比较困难的是叶片曲面较为复杂;这对几何拓扑变形能力,网格划分质量都有较高要求。多学科仿真优化系统通过针对性扩展开发,使用流程模板、及元模型控制很好的实现了这一求解过程的自动化。此外系统集成优化求解器,对叶片的几何形状进行优化,以选择气动和结构最优的几何外形。