Конечно-элементное моделирование и оптимизация щелевого фильтроэлемента

1. Конечно-элементное моделирование и оптимизация щелевого фильтроэлемента Выполнил: Цветков А. А. Руководитель: Карпенко А. П.

2. Задачи дипломного проектирования • Обзор типов и методов изготовления щелевых фильтров • Разработка параметризованной модели щелевого фильтра • Разработка программного обеспечения, позволяющего управлять моделью, а также управлять вычислительным экспериментом в средах инженерного анализа SolidWorks Simulation и ANSYS • Построение адекватной конечно-элементной модели фильтра • Оптимизация геометрии фильтроэлемента

3. Обзор типов и методов изготовления щелевых фильтроэлементов 1) Получаемые механической обработкой • Фрезерование • Обработка давлением • Токарная обработка • Метод деформирующего резания 2) Получаемые физико-техническими методами обработки • Электрохимическая обработка • Лазерная обработка 3) Сборные • Тканные • Плотно намотанные • Сварные

4. Постановка задачи • – число винтовых рядов щелей • b – ширина щелей • – угол наклона рядов щелей • – радиус траектории инструмента • – осевой шаг щелей • – число щелей • –высота спирали • D, L –габариты фильтра • h –толщина стенки фильтра • G –длина необработанной части фильтра

5. Постановка задачи.Варьируемые параметры Компоненты вектора варьируемых параметров • угол наклона винтовой линии рядов щелей, град • шаг щелей, мм • радиус вращения инструмента, мм Допустимая область значений варьируемых параметров

6. Критерии оптимальности фильтра • Живое сечение- отношение суммарной площади щелей к площади нарезанной части поверхности фильтра • Жесткость фильтра- раскрытие щелей в результате растяжения фильтра осевой силой, приложенной к одному из торцов фильтроэлемента при закреплении другого торца • Прочность фильтра - максимальное напряжение, возникающее в материале фильтра при фиксированном перепаде давлений

7. Постановка задачи оптимизации Рассматриваем детерминированную задачу глобальной условной оптимизации - вектор варьируемых параметров - векторный критерий оптимальности

8. Разработка модели фильтроэлемента • Модель разработана в системе SolidWorks • Щелевые отверстия, расположенные по спирали, были созданы при помощи массивов, управляемых кривой • Параметризация выполнена на основе известных математических зависимостей

9. Программное обеспечение • Используется для управления параметрами модели идля проведения серии экспериментов в среде SolidWorks Simulation • Реализовано с использованием API SolidWorks • Язык разработки - С#

10. Конечно-элементная модель фильтроэлемента.SolidWorks Исходя из полученных значений энергии деформации и времени расчета максимальная длина ребра КЭ принимается равной 1 мм.

11. Оптимизация геометрии фильтроэлемента с использованием приложения PREF Решение задачи оптимизации сводится к решению однокритериальной задачи глобальной условной оптимизации МКО–задача сводится к задаче отыскания вектора такого что -функция предпочтений ЛПР Для аппроксимации функции предпочтений в программе PREF использован многослойный персептрон с семью нейронами в скрытом слое. Вкачестве метода глобальной условной оптимизации использован метод мультистарта в комбинации с прямым методом многомерной локальной условной оптимизации ConstrainedOptimization BY LinearApproximations

12. Результаты вычислительных экспериментов. SolidWorks • Угол наклона винтовой линии рядов щелей • Шаг щелей • Радиус вращения инструмента • Живое сечение • Жесткость фильтра • Прочность фильтра

13. Конечно-элементная модель. ANSYS

14. Метод оптимизациина основе техники метамоделирования. ANSYS • 1) Планы проведения эксперимента • Central Composite Design (CCD) • Box-Behnken Design • Sparse Grid Initialization • Latin Hypercube Sampling Design (LHS) • Optimal Space-Filling Design (OSF) • 2) Методы построения метамодели • Full 2nd-Order Polynomial • Kriging • Non-Parametric Regression • Neural Network • Sparse Grid

15. Вычислительные эксперименты. ANSYS Workbench

16. Организационно-экономическая часть Структура затрат Диаграмма Ганта Таблица статей затрат

17. Выполнен обзор основных типов и методов изготовления щелевых фильтроэлементов. • Разработана параметризованная модель щелевого фильтроэлемента в среде SolidWorks • Разработано программное приложение для проведения экспериментов в среде SolidWorks • Выполнено исследование по выбору адекватной конечно-элементной сетки в среде SolidWorks • Решена задача трехкритериальной оптимизации геометрии фильтра с использованием приложения PREF • Выполнен выбор конечно-элементной сетки в среде ANSYS Workbench • Рассмотрена техника метамоделирования при решении задач многокритериальной оптимизации • В среде ANSYS решена задача трёхкритериальной оптимизации фильтра с использованием технологии метамоделирования • Произведен расчет трудоемкости и затрат выполнения проекта • Проведён анализ вредных факторов при работе с ПЭВМ Выводы

18. Спасибо за внимание!