高阶网格变形和优化技术 Sculptor™

选购理由

• 在传统的仿真和设计优化过程中，遵循的是“更新几何造型->重划分网格->仿真求解->优化迭代”的过程，即：当方案的几何参数发生变化之后，工程师需要更新几何造型，并重新用CAE前处理器进行网格划分和模型设置。这种方式存在明显的局限性：
• 对几何造型的参数化要求高，并且不能保证几何参数变化后是否能够生成合理的造型，甚至几何造型更新失败；
• 网格重新划分需要花费大量的时间，网格质量很难完全保证（特别是在复杂几何特征位置处的网格或者CFD中的边界层网格仍然需要人工干预和检查），并且也存在网格划分失败的风险。
• 传统的“更新几何造型->重划分网格->仿真求解->优化迭代”的设计周期仍然较长、开发成本也未能得到有效降低，极大的阻碍了仿真和优化技术在工程中的普及和应用。
• 针对这些问题，Sculptor将仿真模型网格实现高质量、高精度的参数化变形，并有效融入仿真和设计优化流程。新的方法能够使传统的形状设计优化过程自动化和简单化，省去设计优化过程中需要重新进行几何造型以及网格重划分的时间，减少几何造型或网格划分失败的风险，从而提升产品设计优化的效率和水平。

技术特色

• 能够导入广泛的CAD/FEM/CFD模型，包括：ACIS/SAT，ParaSolid，NX，IGES，STEP，Pro-E，SolidWorks ，CATIA v4/v5, ANSYS / Fluent， ANSYS，SIMULIA / ABAQUS，ICEM-CFD，OpenFOAM ，StarCD / StarCCM+，STL，NASTRAN，CFX，CFD++，AcuSolve ，Generic Point Clouds，CGNS等
• 能实现大范围的全局自由变形和形状参数化
• 能够精细雕塑局部几何外形（基于NURBS专利技术，优于B-Spline方法）
• 网格变形前后保证过渡段斜率导数连续 （特别适合流动优化）
• 实时修改网格，所见即所得
• 检查网格质量以及几何体之间是否有干涉问题， 有效保证CFD/FEM计算收敛性
• 与优化工具（比如Isight, ModelCenter, Optimus）联合，实现快速的设计优化
• 网格变形后能直接导回CAD格式
• 自带高效的数值对偶(Adjoint)优化算法，快速求解参数敏感度，提高优化效率

技术原理

成功案例

• 大飞机翼型流场特性优化（波音飞机）

• 过去需要2~3周的时间完成一次设计循环，通过将Sculptor网格参数化自动变形工具融入设计流程，现在只需要在1周之内完成；在不增加阻力情况下，提升升力4%；将阻力约束放松10%的情况下，升力提升达18%。

   

• D-Jet飞机翼身过渡段流场特性优化（Diamond Aircraft钻石航空）

• 通过将Sculptor网格参数化自动变形工具融入设计流程，在数分钟内即可完成13种方案的模型重构工作。应用试验设计和多目标遗传算法优化发掘更大的设计潜力，获得升阻力特性得到改进的5种可选的优化方案。

   

• 发动机进气歧管形状优化（福特汽车、东风汽车）

• 将发动机质量流量提高2%，满足压降1.94%的约束，满足歧管截面积变化在15%范围内，同时降低了局部流动损失

   

• 汽车外流场特性设计优化（阿斯顿.马丁DBR9公路赛车）

• 过去需要0.5天时间完成一次网格划分工作，现在只需要2~3分钟即可自动生成新方案对应的CFD模型；最终方案增加了16%的下压力，而气动阻力没有明显升高，使赛车具有更好地高速运动操控稳定性和动力性。2005年，阿斯顿马丁的DBR9公路赛车为赢取了所有国际性大赛。

   

• 液力变矩器流场特性优化

• 实现叶片参数化网格变形，通过优化前后传动特性对比，高效区范围、变矩比和最高效率均有不同程度的提高。