Suchen

Aerodynamik

Formoptimierung mit CAD und Simulation: ein praxisorientierter Leitfaden

Seite: 3/4

Firmen zum Thema

3. Wahl der richtigen Optimierungsstrategie

Viele der heutigen Ingenieursanwendungen sind ziemlich teuer, wenn es um die Gesamtsimulationszeit eines einzelnen Design-Kandidaten geht. Daher benötigt man effiziente Optimierungsstrategien, um schneller zum Ziel zu kommen und in kürzester Zeit das optimale Design zu finden. Die folgenden Schritte können durchgeführt werden für typische Optimierungsaufgaben im Fluid- und Aerodynamikbereich:

Sensitivitätsanalyse: Abhängig von der verfügbaren Simulationszeit und der Problemdefinition wird ein erstes Set von Designkandidaten erzeugt (z.B. 50, 100 oder 500 Designs) und mit Simulation ausgewertet, um die Optimierungsaufgabe besser zu verstehen und eine Datenbasis zu schaffen. Hierfür werden Sample-Algorithmen eingesetzt, wie etwa das Latin Hypercube Sampling (LHS), die im Rahmen der vorgegebenen Variablengrenzen randomisiert Designs erzeugen. Welche der freien Variablen sind wichtig und welche können für die nächste Optimierungsphase deaktiviert werden? Wie sind die Korrelationen unter den Parametern und der Zielfunktionen, welchen Einfluss hat die Netzqualität oder das CFD-Setup? Die Expertise und Erfahrung des Ingenieurs sind in dieser Phase entscheidend, um Zusammenhänge und Abhängigkeiten zu verstehen.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 10 Bildern

Globale Optimierung: Im nächsten Schritt wird eine globale Optimierung basierend auf den in der Sensitivitätsanalyse gesammelten Daten und Informationen durchgeführt. Hierfür kann der Optimierungsalgorithmus auch ein Ersatzmodell (Response Surface Model) auf der ersten Datenbasis aufbauen und nutzen. Diese Ersatzmodelle approximieren und repräsentieren das eigentliche Simulationsmodell, und erlauben eine schnelle Bewertung von neuen Design-Kandidaten. Sie werden häufig auf der Grundlage von Neuronalen Netzen, Kriging oder einfachen Polynomen generiert, und im Laufe der Optimierung durch neue Informationen kontinuierlich besser in ihrer Vorhersage-Qualität.

Lokale Optimierung: Wenn am Ende des Entwurfsprozesses noch etwas Zeit vorhanden ist, können die besten Designs der globalen Optimierung nochmal einer lokalen Optimierung unterzogen werden. Oft werden hierfür ableitungsfreie Verfahren genutzt, die bei dem „Feintuning“ der Designs gute und schnelle Arbeit leisten können, um weitere kleinere Verbesserungen herauszuholen.

Weitere Strategien für die Optimierung

Natürlich gibt es auch noch viele weitere Strategien: Nach der Sensitivitätsanalyse wie oben beschrieben kann auch direkt eine lokale Optimierung auf einigen aussichtsreichen Designkandidaten erfolgen, ebenfalls unter Verwendung eines reduzierten Parametersatzes. Einige der Optimierungswerkzeuge auf dem Markt bieten Optimierungsmethoden an, bei der mit einem Klick die Kombination der oben genannten Methoden für die einfachere Nutzung gekoppelt ist. Auch über KI (künstliche Intelligenz) und maschinelles Lernen werden auf dem Markt weiterhin neue Optimierungslösungen auftauchen, die innovative Ansätze für die aerodynamische Formoptimierung einführen.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 45894982)