優(yōu)勢

生成理想的增材制造設計

在設計過程中盡早滿足工程要求

生成滿足可用空間限制的設計

通過優(yōu)化熱效率和流路來提高產(chǎn)品性能

摘要

隨著增材制造的工業(yè)化趨勢日益凸顯，創(chuàng)成式工程受到越來越多的關注。在早期階段就使用拓撲優(yōu)化解決結構問題，以滿足開箱即用的創(chuàng)成式工程需求。過去，通常采用試錯方法來解決流動相關問題，導致設計過于保守，無法發(fā)揮增材制造的優(yōu)勢。用于流體流動的拓撲優(yōu)化充分發(fā)揮出了增材制造的潛力。它可以：

• 使用強大的基于梯度的優(yōu)化方法自動生成優(yōu)化設計
• 基于工程目標創(chuàng)建早期設計概念，無需初始設計
• 設計性能更好的產(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、硬件和服務業(yè)務平臺的一部分，在該軟件中使用拓撲優(yōu)化可為流體/熱問題提供集成式解決方案。要運行伴隨拓撲優(yōu)化，您只需通過成本函數(shù)定義設計包絡和流動/熱目標。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)換為實體并定義理想的流路形狀。它使您能夠以精簡的方式解決具有相互牽制的目標的工程問題。這些競爭屬性是增材制造領域的關鍵所在。Simcenter STAR-CCM+提供：

• 高水平的工作效率，采用單個集成式用戶界面，減少了工程時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爭性方法，通過在預測的流路周圍采用移動界面來實現(xiàn)簡潔設計
• 一種靈活而強大的優(yōu)化方法，具有多種成本函數(shù)和約束定義，可解決各種工程問題

圖1.電池冷卻歧管的設計演變。

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

• 自動化和可重復的拓撲優(yōu)化執(zhí)行，可高效解決問題
• NX軟件中幾何體的傳入/傳出，使您能夠?qū)⑿略O計無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，大幅減少手動幾何模型清理和計算機輔助設計(CAD)復制，顯著縮短周轉(zhuǎn)時間
• 自動采用不斷變化的流體/固體界面的網(wǎng)格，從而平衡計算工作量和精度
• 自動生成封閉曲面，提供全新的防水設計，可直接導出生成的幾何體或在Simcenter STAR-CCM+中使用

圖2.用于從頭到尾推動拓撲優(yōu)化流程的仿真操作。

圖3.噴油器的拓撲優(yōu)化：用于解析新設計界面（左）的自適應網(wǎng)格細化(AMR)以及與結構拓撲優(yōu)化的組（右）。

競爭力使用提供獨特水平集方法的Simcenter STAR-CCM+實現(xiàn)高性能設計：

• 減少清理和CAD復制時間，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。這減少了設計中的扭結和折疊，并消除了基于孔隙率的傳統(tǒng)拓撲生成方法產(chǎn)生的多余流動區(qū)。它創(chuàng)建了一個強大的優(yōu)化過程，允許用戶在中間優(yōu)化步驟中使用半收斂伴隨和流動解決方案運行
• 明確定義流體與設計周圍的虛構實體之間的界面，以應用處理并模擬邊界。這可以是湍流壁處理或流體/固體界面的AMR

圖4.用于穩(wěn)健拓撲優(yōu)化的水平集場，可實現(xiàn)清晰的流固界面。

靈活性拓撲優(yōu)化可為大量工程問題提供解決方案，因此在日常業(yè)務中發(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題。用戶可以定義具有多個流動/熱和體積約束的目標
• 通過集成的體積約束平衡工程性能和設計體積之間的權衡。它允許用戶指定流動或固體占據(jù)的域百分比
• 通過擴展到結構拓撲優(yōu)化之外來解決更大類別的工程問題。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和熱場景