Использование топологической оптимизации в поиске оптимальных конструкторских решений

Использование топологической оптимизации в поиске оптимальных конструкторских решений

Уменьшая массу ваших моделей, оптимизируете ли вы другие важные характеристики? Как насчет тепловых характеристик, технологических ограничений и прочих условий – например, наличия сплошной стенки?

Задачи теплопереноса очень распространены в инженерном деле: например, они возникают при разработке автомобильных трансмиссий, систем охлаждения электроники и т.д. Для таких задач также можно применять технологии топологической оптимизации – как для улучшения характеристик системы охлаждения, так и для одновременного усовершенствования тепловых и прочностных параметров посредством проведения связанного расчёта.

Ниже представлен пример топологической оптимизации конденсационного аппарата. Его задачей, как и у теплообменника в автомобильной системе кондиционирования, является отвод тепла. Поэтому, одной из основных задач при проектировании конденсационного аппарата является увеличение интенсивности теплообмена. Проведение топологической оптимизации без учёта этого требования не позволит разработать качественную конструкцию. Во время теплового расчёта вычисляется распределение температур и тепловые потоки в модели. Эти данные или интегральный показатель соответствия требованиям теплопередачи (HTC – Heat Transfer Compliance) могут использоваться в качестве целевых функций или ограничений при проведении топологической оптимизации. Интенсивность теплообмена будет увеличена при снижении температуры или показателя HTC.

На рисунке 1 чёрными линиями показан каркас исходной расчётной области. На рисунке 1(а) показаны результаты оптимизации конденсационного аппарата с  минимизацией показателя НТС в качестве целевой функции и без задания технологических ограничений. Такая постановка задачи приводит к древовидной структуре, которая является наиболее эффективной формой для рассеивания тепла, но сложна в изготовлении. Заказчик хотел получить классическую конструкцию с рёбрами охлаждения, которую было бы легче изготовить, поэтому для получения такого результата, показанного на рисунке 1(b), были заданы периодические технологические ограничения.

Топологическая оптимизация в тепловых расчётах

 

ANSYS Топологическая оптимизация конструкции по результатам теплового расчёта: (а) – без задания технологических ограничений, (b) – с заданием периодических технологических ограничений

 

Читать статью полностью


Печать   E-mail