2018/09/03

喷嘴的几何变形设计

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关于柴油机零部件设计优化,我们有另一个有趣的案例—喷嘴。该部件的基础功能是将燃油以最佳方式喷入燃烧室。这个复杂零部件的工业设计过程让人印象非常深刻。(By the way:一切都很小!)


最近我们提出了一种快速改变现有喷嘴几何形状的方法。首先需在CAESES中导入STL格式的几何文件。下图显示了我们用于局部变形的喷嘴模型:


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典型喷嘴的几何形状


CAESES可以将自由变形(Free Form Deformation)应用到已有几何当中。我们需要做的就是:在喷嘴周围创建一个控制体,并定义一些扩展策略。通过这种方式,可以扩大喷嘴的尺寸,甚至可以完全改变其形状。虽然这个功能在工业设计中会存在一些局限性,但我们也一直在努力让它的设置变得更为灵活多变。以下是一个控制体设置的相关示意图,为了可视效果我们隐藏了外部的几何结构:


fuelinjector_02.jpg

对喷嘴建立自由变形


在接下来的步骤中,我们以扩展系数定义为设计变量,以便后续可实现自动优化研究。下图显示了变形控制及其几何变形效果:


fuelinjector_outergrid.gif

变形控制体改变引起几何变化


一旦完成喷嘴的设置,我们便可以将这些应用到其他喷嘴模型上,即其他方案也可以实现同样的变化。我们已将整个流程都交付给了负责几何变形的工程师。作为这个领域的专家,他会根据自己的技术要求和限制,继续做一些微调。最后,他会运行优化计算,整个过程是完全自动化的(几何变化/耦合/CFD分析)。为了使说明更加充分,以下提供一组动画,展示了模型的自动变形情况:


fuelinjector_inner.gif


fuelinjector_middle.gif


fuelinjector_outer.gif



更多信息

Free Form Deformation(自由变形)是我们专业版CAESES中的部分功能,它是CFD工程师在CAD造型方面很好的补充。在类似项目中,我们创建过一个全参数化的注塑器(不是已有模型的变形),它能够实现更多的控制,也可以通过参数关联减少设计变量。更多关于CAESES软件的应用细节可以在我们产品页面中找到。