[发明专利]基于变量耦合与软件集成的CFRP导流罩一体化设计方法

说明书

本发明提供了一种基于变量耦合与软件集成的CFRP导流罩一体化设计方法，包括：对设计变量进行变量耦合操作；在SIEMENS NX中进行几何建模，并将建立的几何模型传递到CFD中；在ICEM CFD中对几何模型进行气动网格划分；在ANSYS FLUENT中对划分后的气动网格进行流动求解，以计算导流罩的表面流场；在APDL中对零件内部的CFRP铺层进行建模，并通过初始铺层设计，编写遗传算法优化铺层角度；在APDL中进行结构有限元建模，并调用ANSYS对模型进行分析。本发明能够同时考虑零部件宏观结构学科优化、微观材料铺层学科优化与流体动力学等多学科的协同，对零部件进行一体化设计。

技术领域

本发明一体化优化设计技术领域，具体涉及一种基于变量耦合与软件集成的CFRP导流罩一体化设计方法。

背景技术

相关技术中，往往考虑零部件在单个学科领域下如何优化设计使得所需功能最佳，但是零部件设计往往涉及多个学科，例如：机械结构优化设计领域、材料内部细观结构优化设计领域、空气动力学领域以及流体力学领域等等。目前在零部件轻量化设计中结构、材料、功能没有同时考虑的情况。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种基于变量耦合与软件集成的CFRP导流罩一体化设计方法，能够同时考虑零部件宏观结构学科优化、微观材料铺层学科优化与流体动力学等多学科的协同，对零部件进行一体化设计。

本发明采用的技术方案如下：

基于变量耦合与软件集成的CFRP(CarbonFiber Reinforced Polymer/Plast，碳纤维增强复合材料)导流罩一体化设计方法，包括：对设计变量进行变量耦合操作；在SIEMENS NX中进行几何建模，并将建立的几何模型传递到CFD(Computational FluidDynamics，计算流体动力学)中；在ICEM CFD中对所述几何模型进行气动网格划分；在ANSYSFLUENT中对划分后的气动网格进行流动求解，以计算所述导流罩的表面流场；在APDL(ANSYS Parametric Design Language，ANSYS参数化设计语言)中对零件内部的CFRP铺层进行建模，并通过初始铺层设计，编写遗传算法优化铺层角度；在APDL中进行结构有限元建模，并调用ANSYS对模型进行分析。

所述对设计变量进行变量耦合操作包括：将所述设计变量划分为公有变量和私有变量；对所述私有变量和公有变量进行变量耦合操作。

在SIEMENS NX中根据NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines，非均匀有理B样条曲线)曲线建立所述几何模型，其中，通过以下公式生成所述NURBS曲线：

其中，P_i为给定空间的第i-1个控制顶点，ω_i为权因子，N_i,p(u)为在非周期节点矢量U上的p次B样条基函数，其中，U＝{a，…a，u_p+1，…，u_m-p-1，b，…，b}。

所述在ICEM CFD中对所述几何模型进行气动网格划分包括：导入所述几何模型；创建流体域并定义边界表面；划分计算域，并设置间距参数；生成所述气动网格；导出所述气动网格到msh文件中。

将ANSYS FLUENT15.0作为流动求解器对所述划分后的气动网格进行流动求解。

通过MATLAB在不打开ANSYS的情况下自动调用ANSYS，以使ANSYS后台运行，以对所述模型进行分析。

所述遗传算法的优化操作包括：依次经过选择算法、交叉算法、变异算法、重组算法操作，以实现遗传优化。

所述导流罩为风力发电机的导流罩。

本发明的有益效果：