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1、STAR-CCM+优化分析功能简介STAR-CCM+优化分析功能简介 何安定 博士 Andy.hecd- 西递安科软件技术（上海）有限公司 何安定 博士 Andy.hecd- 西递安科软件技术（上海）有限公司 2014 CD-adapco, All Rights Reserved. CD-adapco的目标的目标 CD-adapcos purpose is to inspire innovation and to lower our customers product development costs through the application of CD-adapcos purpose
2、 is to inspire innovation and to lower our customers product development costs through the application of multidisciplinary engineering simulation multidisciplinary engineering simulation andand design space explorationdesign space exploration. . 2014 CD-adapco, All Rights Reserved. CD-adapco的目标的目标
3、多学科工程仿真多学科工程仿真设计探索与优化设计探索与优化 CD-adapcos purpose is to inspire innovation and to lower our customers product development costs through the application of CD-adapcos purpose is to inspire innovation and to lower our customers product development costs through the application of multidisciplinary engin
4、eering simulation multidisciplinary engineering simulation andand design space explorationdesign space exploration. . 2014 CD-adapco, All Rights Reserved. STAR-CCM+中的优化分析手段中的优化分析手段 Optimate/Optimate+: 利用利用SHERPA算法进行设计空间探索算法进行设计空间探索 什么是Optimate/Optimate+？ 方法一：Morpher与Optimate/Optimate+进行几何变形优化 方法二：利用
5、Optimate/Optimate+来驱动CAD进行几何优化 伴随求解器伴随求解器Adjoint Solver: 设计洞察与优化设计洞察与优化 什么是伴随求解器? 伴随求解的基本流程 方法三：伴随求解器与Mopher联合使用进行几何敏感度分析与变形优化 2014 CD-adapco, All Rights Reserved. STAR-CCM+中的优化分析手段中的优化分析手段 Optimate/Optimate+: 利用利用SHERPA算法进行设计空间探索算法进行设计空间探索 什么是Optimate/Optimate+？ 方法一：Morpher与Optimate/Optimate+进行几何变形
6、优化 方法二：利用Optimate/Optimate+来驱动CAD进行几何优化 伴随求解器伴随求解器Adjoint Solver: 设计洞察与优化设计洞察与优化 什么是伴随求解器? 伴随求解的基本流程 方法三：伴随求解器与Mopher联合使用进行几何敏感度分析与变形优化 HEEDS MDO 多学科设计优化 HEEDS MDO 多学科设计优化 复杂过程自动优化分析 更广泛意义上的 多学科CAE问题自动优化分析 复杂过程自动优化分析 更广泛意义上的 多学科CAE问题自动优化分析 Optimate+ 设计优化设计优化 目标驱动的优化分析目标驱动的优化分析 Pareto front 分析 基于工程目标
7、进行 全自动化的寻优分析 Pareto front 分析 基于工程目标进行 全自动化的寻优分析 Optimate 自动化及自动化及DOE分析分析 What if研究研究 参数扫描参数扫描 DOE分析 全自动化过程去探索产品 的性能 分析 全自动化过程去探索产品 的性能 Optimate and Optimate+ 嵌入嵌入STAR-CCM+ 有独立的设置窗口有独立的设置窗口 根据目标不同，有多种分析类型可供选择 所有的设置都在所有的设置都在STAR-CCM+环境中完成环境中完成 Optimate完成以下工作完成以下工作 创建所有需要的脚本 提交并监控任务 收集所有的分析数据 分析后处理 Opt
8、imate and Optimate+ Optimate 135 hours on 128 cores BaselineOptimized Optimization process Vehicle Drag Load CaseRadiator Temp Load Case 车辆热管理车辆热管理 通过通过CAD-Client，STAR-CCM+可以直接参数驱动几何变更可以直接参数驱动几何变更 可以直接得到优化后的几何模型，无须可以直接得到优化后的几何模型，无须CAD设计工程师重构几何模型， 实现团队协作 设计工程师重构几何模型， 实现团队协作 Optimate/Optimate+与参数设计的网格
9、完美结合，可以使得设计优 化变得更精细、更准确、更高效 与参数设计的网格完美结合，可以使得设计优 化变得更精细、更准确、更高效 STAR-CCM+ v10.02版本可以实现跨平台设计驱动版本可以实现跨平台设计驱动 方法二：小结方法二：小结 参数变更需求 Windows平台 Linux/Unix平台 2014 CD-adapco, All Rights Reserved. STAR-CCM+中的优化分析手段中的优化分析手段 Optimate/Optimate+: 利用利用SHERPA算法进行设计空间探索算法进行设计空间探索 什么是Optimate/Optimate+？ 方法一：Morpher与O
10、ptimate/Optimate+进行几何变形优化 方法二：利用Optimate/Optimate+来驱动CAD进行几何优化 伴随求解器伴随求解器Adjoint Solver: 设计洞察与优化设计洞察与优化 什么是伴随求解器? 伴随求解的基本流程 方法三：伴随求解器与Morpher联合使用进行几何敏感度分析与变形优化 使用CFD结果进行设计空间探索 通过敏感性分析，可以指导进行设计优化 理解设计参数的变化对结果的影响 局部形状优化 伴随求解工作流程 求解Primal and adjoint flow 计算Cost Function对于流动与网格敏感度 在设计点计算CF的梯度 通过缩放梯度计算网
11、格位移 在STARCCM+中进行网格变形 STAR-CCM+伴随求解器伴随求解器 求解求解Primal Flow 求解求解Adjoint Flow 计算网格敏感度计算网格敏感度 缩放梯度来计算偏移位置缩放梯度来计算偏移位置 网格变形网格变形 什么是阻力的敏感度?什么是阻力的敏感度? 案例介绍案例介绍 Mach 2.0 - 0 degrees AOA 1.5 million 多面体网格 研究Adjoint of Force (Drag) Adjoint案例案例: 超音速弹体的空气动力学超音速弹体的空气动力学 在弹体尾部显示对于 流动的敏感度很高 对应的是高回流区域 在弹体尾部显示对于 流动的敏感
12、度很高 对应的是高回流区域 Adjoint分析结果:Adjoint分析结果: 在头部激波、边界层、以及 回流区对于网格非常敏感 需要对激波及相关节流 动结构进行准确解析 在头部激波、边界层、以及 回流区对于网格非常敏感 需要对激波及相关节流 动结构进行准确解析 形状优化 稳态的气道流动 外气动 催化器管道 引擎散热 不确定度定量化 当系统的某些方面还不能准确知道时（不确定度）， 系统的响应会是什么 model structure, numerical approximation 系统输入或者模型参数的允许误差范围 逆问题分析 将计算结果转换成与系统相关的信息 在求解得到的温度场中，哪一部份的贡
13、献度最大? 求解这些问题非常有意义 获得一些无法通过CFD能直接得到的信息，帮助进行系统 优化 伴随求解的应用伴随求解的应用 案例分享案例分享: 对对Dual Wing进行进行Adjoint驱动的优化分析驱动的优化分析 目标:目标: 了解baseline性能 了解下压力对哪些流动区域敏感度最大 优化下部翼型，增大下压力 参数:参数: Dual Wing的几何模型 速度: 100 kph 成本函数Cost Functions:成本函数Cost Functions: 下压力 STAR-CCM+所用的技术:STAR-CCM+所用的技术: Flow Adjoint Mesh Adjoint Mesh
14、Deformation Model Dual Wing Adjoint: Flow Adjoint ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 收敛的收敛的Primal FlowFlow Adjoint Flow adjoint是基于离散的Primal flow结果进行的. Flow adjoint是基于离散的Primal flow结果进行的. 如果我们对网格进行改变，那么Primal Flow及相应的Flow Adjoint也会发生变化.如果我们对网格进行改变，那么Primal Flow及相应的Flow Adjoint也会发生变化. 利用伴随求解进行优化是为了寻找一下问题的答
15、案: “我怎样对网格进行变化才能增加或者减小成本函数?” 利用伴随求解进行优化是为了寻找一下问题的答案: “我怎样对网格进行变化才能增加或者减小成本函数?” Dual Wing Adjoint: 改进设计改进设计 伴随求解优化结果:伴随求解优化结果: 10 Steepest Descent Iterations Downforce Improved 5% 利用利用Adjoin进行外气动优化进行外气动优化 伴随求解显示在A柱以及挡泥板 区域是需要重点进行优化的区域 伴随求解显示在A柱以及挡泥板 区域是需要重点进行优化的区域 这些关键区域可以设计变形以研 究不同的A柱设计. STAR-CCM+ Morpher可以根据伴 随求解器的分析结果来对几何面 进行调整 STAR-CCM+ Morpher可以根据伴 随求解器的分析结果来对几何面 进行调整 Mesh morpher是作为网格敏感度 分析的一部分嵌入到 STAR-CCM+ 的伴随求解器中 从STAR-CCM+ v9.06开始引入控制 点工具，非常方便进行面几何变 形 气道敏感度与优化分析气道敏感度与优化分析 Adjoint of Tumble w.r.t Continuity (Mass) 在控制点上计算网格的敏 感性 在控制点上计算网格的敏 感性 网格变形后更新的几何 挑战 以典型的4气门GDI进气 道为例 挑战 以典型的4气
