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

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

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

Постановка задачи o D, L – габариты фильтра o h – толщина стенки фильтра o G – длина необработанной части фильтра

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

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

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

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

Программное обеспечение o Используется для управления параметрами модели и для проведения серии экспериментов в среде SolidWorks Simulation o Реализовано с использованием API SolidWorks o Язык разработки - С#

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

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. В качестве метода глобальной условной оптимизации использован метод мультистарта в комбинации с прямым методом многомерной локальной условной оптимизации Constrained Optimization BY Linear Approximations

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

Конечно-элементная модель. ANSYS

Метод оптимизации на 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

Вычислительные эксперименты. ANSYS Workbench

Организационно-экономическая часть Диаграмма ГантаСтруктура затрат СтатьяСумма, руб Отчисления в социальные фонды Заработная плата Амортизационные отчисления3013 Прочие затраты2000 Материальные затраты1000 Итого: Таблица статей затрат

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

Спасибо за внимание!