汎用有限要素解析プログラムを利用した連続体の領域最適化解析(流れ場問題への適用)

使用通用有限元分析程序进行连续区域优化分析（应用于流场问题）

• 批准号: 06750104
• 负责人: 片峯 英次
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Gifu National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750104/
• 关键词: 最適設計; 最適形状; 有限要素法; 数値解析; 数値流体力学

本研究では、流れ場の領域最適化に対して、汎用有限要素解析プログラム利用した実用的なシステムの開発を行い、解析結果を通じてその有効性を確認した。取り上げられた二つの問題は、定常粘性内部流れ場問題における散逸エネルギー最小化と、ポテンシャル流れ場領域内の部分領域において流速値を規定する流速誤差最小化の問題である。粘性流れ問題では、基本的なストークス流れ問題に対してのみ検討を行った。1.粘性内部流れ場の最適化は、流れ場解析と形状修正解析の二つの解析を、有限要素法を用いて繰り返すことによって達成できる。流れ場解析では流速分布から計算された領域変動の感度となる形状勾配関数(ストークス流れの場合は散逸エネルギー密度と等価)の分布が出力される。形状修正解析では、流れ場領域を線形弾性体と仮定し、設計境界にその形状勾配関数の大きさに比例した表面力を作用させたときの弾性変形量が、形状修正量と見做して出力される。流れ場解析では通常の流れ場解析ソフトが利用され、形状修正解析では構造解析の線形解析ソフトが利用された。開発したシステムの有効性は、曲がり管などの2次元の解析例を通じて確認した。2.ポテンシャル流れ場の最適化では、ポテンシャル場のアナロジー関係に基づいて、流れ場の解析には構造解析の汎用ソフトに通常備えられている定常熱導電場解析コードを利用して、形状勾配関数を評価した。また形状修正解析では、熱導電場解析によって評価された形状勾配関数を用いて、上の解析法と同様な手法により形状修正量を計算した。有効性は、簡単な直管、ノズルなどの問題と、ベルヌ-イ定理を応用して流速値規定を圧力値規定に置き換えた一様流中の翼形状決定の2次元問題によって確認された。

在这项研究中，我们使用通用有限元分析程序开发了一个实用系统，以优化流场，并通过分析结果确认了其有效性。解决的两个问题是在稳态粘性内流场问题中最小化耗散能量的问题，并最大程度地减少了定义电势流场区域子区域中流速值的流速误差。在粘性流问题中，我们仅检查了基本的Stokes流量问题。 1。使用有限元方法重复两个分析，流场分析和形状校正分析来优化粘性内流场。在流场分析中，形状梯度函数的分布（相当于Stokes流的情况下的耗散能密度），即从流速分布计算出的区域变化的灵敏度是输出的。在形状校正分析中，假定流场区域是线性弹性主体，当表面力与形状梯度函数成比例时，弹性变形的量被认为是形状校正量和输出。正常流场分析软件用于流场分析，线性结构分析软件用于形状校正分析。通过弯曲管等的二维分析示例证实了开发系统的有效性。 2。在优化电位流场时，根据电位场的类比关系评估了形状梯度函数，并且通常在用于结构分析的通用软件中提供的流场分析代码用于评估形状梯度函数。在形状校正分析中，使用与上述分析方法相同的方法通过热导率场分析评估的形状梯度函数来计算形状校正量。诸如简单的直管和喷嘴之类的问题证实了有效性，以及确定均匀流中叶片形状的二维问题，其中将流速值应用于压力值。