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Sculptor高阶网格变形
Sculptor高阶网格变形
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高阶网格变形优化 Sculptor™

 欢迎加入“Sculptor网格变形优化”QQ群号: 244763165


Sculptor 来自于美国能源部,通过高阶B 样条FFD 技术对已有的CAD/CFD/FEM 模型实现快速的形状变形和优化,省去繁琐的参数化建模、重新网格划分的瓶颈,提高设计优化的效率和实用性。 Sculptor 现已广泛用于汽车和飞行器减阻优化、车身结构件轻量化、制动系统热负荷优化、发动机进排气道气动优化、空调风量分配等的形状设计和优化中。

Sculptor相比于传统形状优化方法的优势


  • 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。

特色功能

  • 能够导入广泛的CAD/FEM/CFD模型,包括:

    • Fluent, CFX,ICEM-CFD,OpenFOAM ,StarCD , StarCCM+,CFD++,FASTRAN, Converge,OpenFoam,CGNS

    • ANSYS, Abaqus, NASTRAN

    • STL,AcuSolve ,Generic Point Clouds等

  • 1~3阶线性和非线性变形算法

  • 支持上千万单元,算法效率高

  • 壳单元和体单元,结构化网格(四边形或六面体) 和非结构网格(四面体或金字塔型等)和多面体网格均支持光顺性好(特别对附面层网格),带有网格质量检查工具

  • 变形种类多:笛卡尔坐标、柱坐标、贴体坐标、旋转、缩放、平移、组合运动都可以实现,既可以局部变形,也可以全局变形

  • 可以批处理后台运行,便于与优化工具(比如Piano, Isight, ModelCenter, Optimus)联合,实现快速的设计优化

  • 自带优化拉丁方实验设计算法(DOE)

  • 自带共轭梯度优化算法(CGC Optimizer)

  • 自带响应面可视化模块

  • 网格变形后能直接导回STL格式


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%。



     

  • 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。