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装备制造
高速列车气动外形的CFD计算与优化
发布时间:2015/9/4 22:35:59    作者:未知    来源:本站原创    浏览次数:0
西迪阿特公司(简称CDAJ-CHINA)是计算流体动力学软件(STAR-CCM+)和优化软件(modeFRONTIER)亚太地区的独家代理商。本文基于庞巴迪公司发表于2008年CD-adapco公司欧洲用户大会上利用这两款软件进行气动外形优化的成果,向大家介绍如何利用STAR-CCM+和modeFRONTIER进行高速列车气动外形CFD计算和优化的过程。
一、 项目背景
庞巴迪(Bombardier)公司是加拿大的国际性交通运输设备制造公司,从支线飞机、公务机到完整的铁路/轨道交通运输设备/系统/服务等创新交通运输解决方案的制造方面,均居世界领导地位。庞巴迪在产品设计过程中,广泛使用CAE分析及优化工具来提高产品性能,基于计算流体动力学软件(STAR-CD和STAR-CCM+)作为流体开发工具,并应用优化软件(modeFRONTIER)作为优化平台。鉴于庞巴迪公司在铁路行业已经与我国展开了广泛的合作,本文将高速列车CFD分析和优化方面的内容介绍给大家。
高速列车外形设计是列车公司的重要课题,然而借助计算流体动力学软件(简称CFD)进行分析和优化是最前沿的手段,有周期短、成本低的显著特点。通过使用CD-adapco公司开发的CFD软件STAR-CCM+以及意大利ESTECO公司开发的优化软件modeFRONTIER,庞巴迪公司对其设计的列车头型进行了CFD分析和优化设计,并将研究成果发表于CD-adapco2008年欧洲用户大会上,下面将向大家介绍此项目的流程与思路。
二、优化流程
modeFRONTIER作为一款专业的多学科多目标稳健性设计优化软件,具有强大的平台集成与整合能力,能够完备地集成包括CAD、CFD及FEA等在内的各种成熟商业软件。当然,平台集成不是目的,而只是整个项目工作的起点;集成的唯一目的是为后续CAE项目的自动化、流程化提供必要的工具平台。modeFRONTIER拥有丰富而高效的多目标优化算法库,包括经典的MOGA-II、MOSA、MOGT、EA算法和最新的MOPSO算法等。在获得了大量的优化设计状态数据之后,modeFROTNIER还可以进行多参数显著性、敏感性分析,比如DFSS分析、ANOVA分析和MVA分析等,从而帮助工程师获得一些重要的多目标优化设计经验。
高速列车CFD模拟及优化设计的工作流程是基于modeFRONTIER的workflow环境建立的。流程的起点是利用实验设计DOE方法对优化空间进行采样,并为多目标优化遗传算法MOGA-II提供初始种群。求解空间中的每一个采样点即构成一组优化参数,将该组参数传入CATIA直接接口,利用CATIA的参数化功能重建模型,创建出对应的列车CAD模型,并以igs文件的形式传递给STAR-CCM+。STAR-CCM+得到igs文件之后,即可以利用其JAVA Macro功能自动进行计算模型选择、边界条件设定、网格生成(含边界层)、计算与中止以及结果提取等一系列工作。得到模型对应的压差阻力和粘致阻力之后,modeFRONTIER会通过多目标优化遗传算法MOGA-II对目标结果进行判断,确定是否为最优解。如果不是最优解,则回到流程起点开始新一轮寻优;如果是最优解,则停机。
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