О программе

NX CAD – эффективные решения для проектирования и подготовки производства

Система Siemens NX предлагает набор современных решений для задач конструкторской подготовки производства на базе электронного макета изделия. Инструменты, входящие в программный комплекс, закрывают потребности всех этапов разработки изделия от формирования концепции до производства. Общее геометрическое ядро, на основе которого работают все приложения системы NX, позволяет выстраивать сквозные процессы работы в едином информационном пространстве.

NX – это серия программных продуктов, для решения CAD/CAM/CAE-задач. Наибольший эффект от использования инструментария NX проявляется, прежде всего, при его комплексном применении для сквозного проектирования изделий.

NX CAD – средства двухмерного и трехмерного проектирования деталей и сборочных единиц изделий, а также подготовки и выпуска конструкторской технологической документации.
NX CAM – средства автоматизации создания программ для станков ЧПУ, управления библиотеками инструментов, настройки постпроцессоров и симуляции обработки на основе созданной программы.
NX CAE – набор приложений для автоматизации инженерных расчетов и симуляции физических процессов на базе электронных моделей узлов и деталей разрабатываемого изделия.

Использование единой платформы для приложений из различных областей позволяет существенно оптимизировать потоки данных, передаваемые между специалистами, и избежать ненужных процессов трансляции из одной системы в другую. Модель, разработанная в приложениях NX CAD, используется в качестве основы для работы в приложениях NX CAE и NX CAM.

 

РАЗДЕЛИТЕЛЬ

 

Основной областью применения CAESES является проектирование оптимальной формы изделий, взаимодействующих с потоками жидкости или газа. Он будет особенно полезен расчётчикам, нуждающимся в оптимизации, особенно в части построения геометрии.

 

Автоматическое изменение поверхностей сложной формы

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ГЕОМЕТРИИ

Создание множества вариантов сложной геометрии, являющееся сильной стороной CAESES, полностью автоматизировано и отказоустойчиво благодаря подходу на основе зависимостей вместо подхода на основе истории построений, характерного для других CAD-пакетов. Весь процесс может быть автоматизирован при помощи скриптов для обновления в фоновом режиме.

Создаваемые геометрические модели герметичны и не содержат лишних геометрических объектов, то есть не требуют дополнительной подготовки к расчёту. Кроме того, CAESES создаёт постоянные идентификаторы поверхностей, что обеспечивает перестроение сетки и привязку граничных условий в автоматическом режиме.

Назначенные идентификаторы, цвета и параметры триангуляции сохраняются для каждой поверхности каждого варианта геометрии

 

УСКОРЕНИЕ ПРОЦЕССА ОПТИМИЗАЦИИ

По сравнению с традиционными CAD-пакетами CAESES позволяет строить модели с меньшим количеством параметров при той же степени вариативности, в результате чего сокращается размерность пространства параметров оптимизации и, следовательно, объём вычислений. Более того, в CAD модель можно сразу добавить различные ограничения (площадь поперечного сечения, минимальный зазор, производственные ограничения, фиксированные точки и т.д.), в результате чего на расчёт будут отправляться только годные варианты геометрии. При этом, опять же, экономится вычислительное время.

 

Автоматическое варьирование 2D модели поршня цилиндра ДВС при сохранении постоянной степени сжатия

 

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАСЧЁТНЫЕ ЦЕПОЧКИ

CAESES не содержит встроенных вычислительных инструментов CFD или FEA, однако он позволяет легко создавать расчётные цепочки из сторонних инструментов и может быть сам интегрирован в сторонние расчётные платформы, например, в Ansys Workbench.

 

CAESES в качестве CAD-пакета в среде Ansys Workbench

 

Возможности автоматизации расчётов позволяют объединять, например, расчёты газодинамики и прочности. Кроме того, в CAESES имеются встроенные средства для параметрических исследований и оптимизации формы. В него встроен бесплатный оптимизатор Dakota, и имеется возможность интеграции с различными оптимизаторами – OptiSlang, Optimus, ModeFrontier и другими. В сочетании с эффективно параметризованной геометрией мы имеем всё необходимое для исследование большого количества вариантов конструкции с минимальными временными затратами.

 

CAESES позволяет проводить параметрические исследования и сравнивать результаты различных расчётных точек между собой

 

Работа с файлами и параметрами при организации цикла оптимизации

 

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ И ГИБРИДНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

CAESES позволяет создавать «живые» геометрические модели как с нуля, так и на основе импортированных извне моделей в нейтральном формате, обеспечивая их эффективную параметризацию и отказоустойчивость при изменении входных параметров.

В первом случае построение производится на основе зависимостей и множества видов кривых и поверхностей. В качестве примера рассмотрим порядок построение лопатки осевой турбины на основе функционально задаваемой поверхности вытягивания («мета-поверхности»):

  1. Топология поперечного сечения задаётся в параметризованном виде.
  2. Задаются функции, определяющие изменения параметров сечения в направлении вытягивания.
  3. Информация о сечениях и распределениях параметров увязывается между собой, и в заданной области изменения строится поверхность.
 

1. Параметризованный профиль

 

2. Распределения параметров по высоте

 

3. Перо лопатки, построенное вытягиванием

 

Во втором случае, когда необходимо варьировать уже построенную в стороннем CAD-пакете, но не параметризованную геометрию, можно применить операции перемещения, вращения или свободного деформирования, а также метод радиальных базисных функций (RBF). Примечательно, что деформирование можно применить как к дискретной (триангулированной) геометрии, так и к NURBS-поверхностям.

CAESES также позволяет совместно использовать оба подхода, когда часть варьируемой геометрии нужно импортировать извне, а часть – построить встроенными средствами.

Морфинг задней части кузова методом RBF (NURBS-поверхность):
исходная кривая, целевая кривая,  область деформирования ,  фиксированная область 

 

СОКРАЩЕНИЕ ПРОСТРАНСТВА ПАРАМЕТРОВ

Для моделей с большим количеством входных параметров можно применить специальный подход, метод главных компонент, позволяющий сократить в цикле оптимизации количество варьируемых параметров. При таком подходе пространство параметров преобразуется в новое пространство некоррелированных параметров меньшей размерности, что приводит к многократному уменьшению количества варьируемых параметров при сохранении большей части вариативности модели. Таким образом можно минимизировать количество итераций оптимизации, сохранив исходную вариативность модели.

Процесс оптимизации с сокращением размерности пространства параметров состоит из следующих этапов:

  1. Построение параметрической модели в CAESES.
  2. Построение плана эксперимента (исходного множества вариантов).
  3. Извлечение главных компонент и выбор количества компонент, которое будет использоваться в цикле оптимизации.
  4. Оптимизация в пространстве меньшей размерности
  • Для различных комбинаций главных компонент создаются новые варианты геометрии
  • Для построения каждого варианта геометрии делается обратное преобразование в исходное пространство, и процесс повторяется
 

1-я главная компонента

2-я главная компонента

3-я главная компонента

4-я главная компонента

Степень вариативности геометрии канала при использовании различного количества главных компонент:
только 1-я главная компонента: 51,1% вариативности
1-я и 2-я: 90,2% вариативности
первые три: 94,2% вариативности
первые пять: 98,1% вариативности

 

ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ ПАРАМЕТРИЗОВАННОЙ МОДЕЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА СОПРЯЖЁННЫХ УРАВНЕНИЙ

При оптимизации формы метод сопряжённых уравнений даёт в качестве результата чувствительность к изменению формы. Эта чувствительность представляется в виде распределения на поверхностях модели и характеризует изменение целевой функции от нормального перемещения поверхностной грани ячейки (∂J/∂nk). Положительное значение чувствительности означает перемещение в положительном направлении нормали и наоборот. Подробность разрешения поля чувствительности определяется подробностью сеточной модели, используемой в расчёте CFD. В практических задачах сетки содержат десятки и сотни тысяч узлов, поэтому поле чувствительности разрешается довольно подробно, практически непрерывно. Если оптимизация происходит прямо на сеточной модели, то эти поля чувствительности можно напрямую использовать для деформирования исходной формы через перемещения узлов. Однако проблема заключается в трудности передачи деформированной геометрии обратно в CAD-систему, а также в соблюдении геометрических ограничений. CAESES позволяет преодолеть эту проблему благодаря возможности вычисления производных целевых функции по каждому параметру CAD-модели (∂J/∂ai) из чувствительности (∂J/∂nk).

Данный подход обеспечивает следующие преимущества:

  • возможность выполнять оптимизацию в пространствах параметров большой размерности. Можно оставить все входные параметры модели, не исследуя отдельно влияние каждого из них;
  • вычислительные затраты не увеличиваются с количеством входных параметров;
  • прямое деформирование CAD-модели, а не сетки, при этом оптимизированная геометрия уже является CAD-моделью, и её не нужно перестраивать;
  • возможность контролировать и обеспечивать геометрические ограничения;
  • локальный градиент целевой функции вычисляется напрямую, и его можно передать в оптимизационный алгоритм для ускорения сходимости.
 

 

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

CAESES используется в различных областях промышленности для задач оптимизации обводов судов, проточной части турбомашин, различных каналов и коллекторов, компонентов ДВС, аэродинамических поверхностей автомобилей, воздушных судов, гребных винтов, винтов вертолётов и т.д. CAESES подходит для задач как внешних, так и внутренних течений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЛЬЗОВАТЕЛИ CAESES

Более 150 передовых компаний по всему миру используют CAESES для оптимизации формы своих изделий. В их число входят SIEMENS, Caterpillar, MTU, Hyundai, SAMSUNG, Parrot, Grundfos, Kawasaki и другие.

 

 

ДОГОВОРИТЬСЯ О ДЕМОНСТРАЦИИ
Свяжитесь с одним из наших специалистов по внедрению и договоритесь о практической демонстрации возможностей решения CAESES

Напишите нам

Наш сайт сохранит анонимные идентификаторы (cookie-файлы) на ваше устройство. Это способствует персонализации контента, а также используется в статистических целях. Вы можете отключить использование cookie-файлов, изменив настройки Вашего браузера. Пользуясь этим сайтом при настройках браузера по умолчанию, вы соглашаетесь на использование cookie-файлов и сохранение информации на Вашем устройстве.

Принимаю