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JP2009258879A - Design support device - Google Patents

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JP2009258879A
JP2009258879A JP2008105460A JP2008105460A JP2009258879A JP 2009258879 A JP2009258879 A JP 2009258879A JP 2008105460 A JP2008105460 A JP 2008105460A JP 2008105460 A JP2008105460 A JP 2008105460A JP 2009258879 A JP2009258879 A JP 2009258879A
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JP
Japan
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analysis
shape
calculation
parameter
new
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008105460A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironobu Sakamoto
博信 坂本
Yoshimi Kawamura
芳海 河村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2008105460A priority Critical patent/JP2009258879A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To satisfactorily reduce a retrieval period by eliminating unnecessary calculation without deteriorating the accuracy of retrieving the optimal shape in fluid analysis concerning a design support device. <P>SOLUTION: This design support device for calculating the optimal shape of an intake port satisfying a target evaluation index (tambour ratio or the like) by numerical fluid calculation is provided with a similarity decision part 30 for deciding whether the shapes are similar between a new analytic shape and a past analytic shape based on the deformation quantity of design variables selected by an optimization retrieval part 26. Furthermore, this design support device is provided with a design variable sensitivity decision part 32 for, when it is decided that the new analytic shape is similar to the past analytic shape by the similarity decision part 30, deciding whether the new analytic shape has low sensitivity to the analytic result of the evaluation index. When it is decided that the new analytic shape has low sensitivity, the new analytic shape is excluded from the object of analytic calculation. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、吸気ポートなどの設計をコンピュータによって支援するための設計支援装置に関する。   The present invention relates to a design support apparatus for supporting a design of an intake port and the like by a computer.

従来、例えば特許文献1には、設計対象物の構造最適化のために設計変数について最適な組み合わせを求める設計支援方法および設計支援システムが開示されている。より具体的には、この従来の方法(およびシステム)では、設計対象物について設計変数を任意に設定し、その設定された設計変数による解析用メッシュモデルで解析計算を行うとともに、当該解析計算による解析結果を判定する最適化計算を繰り返すようにしている。   Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses a design support method and a design support system for obtaining an optimal combination of design variables for the structure optimization of a design object. More specifically, in this conventional method (and system), design variables are arbitrarily set for a design object, analysis calculation is performed using an analysis mesh model based on the set design variables, and the analysis calculation is performed. The optimization calculation for determining the analysis result is repeated.

また、上記従来の技術では、実行済みの解析結果とパラメータ(設計変数や解析条件)の組みをデータベースに蓄積するようにしている。そして、新規解析計算を行うとする際に、新規解析計算におけるパラメータの組みに基づいて、データベース内に適用できる過去解析結果と対のパラメータの組みがあるかどうかを検索するようにしている。そして、データベースから、新規解析計算におけるパラメータの組みと同一もしくは一定以上類似している過去解析結果と対のパラメータの組みが抽出された場合には、その抽出された過去解析結果を新規計算結果についての解析結果として適用するようにしている。これにより、最適化計算における計算効率の向上(計算時間の短縮)を図っている。   Further, in the above-described conventional technology, a set of executed analysis results and parameters (design variables and analysis conditions) is stored in a database. Then, when a new analysis calculation is performed, based on the parameter combination in the new analysis calculation, a search is made as to whether there is a pair of parameter pairs that can be applied to the past analysis result in the database. When a pair of parameters is extracted from the database that is the same as or more similar to the set of parameters in the new analysis calculation, and the pair of parameters is extracted, the extracted past analysis result is used for the new calculation result. This is applied as a result of analysis. As a result, the calculation efficiency in the optimization calculation is improved (calculation time is shortened).

特開2007−164393号公報JP 2007-164393 A 特開2007−122205号公報JP 2007-122205 A 特開2006−344096号公報JP 2006-344096 A

しかしながら、例えば、内燃機関の吸気ポート内の流れ解析などの流体解析においては、設計変数などの解析パラメータが類似している場合であっても、必ずしも解析結果が近い結果となるとはいえない。この理由は、流れ場内における流体の乱れの影響により、タンブル比などの渦の情報を算出する場合に、形状の差異(設計変数などの解析パラメータの差異)が解析結果に大きく効いてくるためである。このため、流体解析においては、新規解析計算を行う際に、設計変数などの解析パラメータが過去解析パラメータと類似しているからといって、新規解析パラメータを単純に計算対象から除外するようにすると、最適形状の探索精度が悪化してしまうことが懸念される。   However, for example, in a fluid analysis such as a flow analysis in an intake port of an internal combustion engine, even if analysis parameters such as design variables are similar, the analysis results are not necessarily close. This is because the difference in shape (difference in analysis parameters such as design variables) greatly affects the analysis results when calculating vortex information such as tumble ratio due to the influence of fluid turbulence in the flow field. is there. Therefore, in fluid analysis, when a new analysis calculation is performed, if the analysis parameter such as a design variable is similar to the past analysis parameter, the new analysis parameter is simply excluded from the calculation target. There is a concern that the search accuracy of the optimum shape will deteriorate.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、流体解析において、最適形状の探索精度の悪化を招くことなく無駄な計算を省略でき、これにより、探索期間を良好に短縮できるようにした設計支援装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In the fluid analysis, useless calculation can be omitted without deteriorating the search accuracy of the optimum shape, thereby favorably reducing the search period. An object of the present invention is to provide a design support apparatus that can be used.

第1の発明は、設計支援装置であって、
数値流体計算により目標とする評価指標を満足する構造体の最適形状を求める設計支援装置であって、
解析対象となる構造体モデルを構成する複数のセルのそれぞれについて、所定の解析パラメータと所定の規則に従って計算結果を取得するセル情報取得手段と、
前記複数のセルに対する前記計算結果に基づいて、前記評価指標の解析を行う解析実行手段と、
前記評価指標の解析結果を、対応する前記解析パラメータと関連付けて記憶する解析履歴記憶手段と、
新たに解析を行うとする新規解析パラメータと、既に解析が行われた過去解析パラメータとが類似するか否かを判定する類似判定手段と、
前記類似判定手段によって前記新規解析パラメータと前記過去解析パラメータとが類似していると判定された場合に、当該新規解析パラメータが、前記評価指標の解析結果への感度の低い解析パラメータであるか否かを判定するパラメータ感度判定手段と、
前記パラメータ感度判定手段によって前記新規解析パラメータが前記評価指標の解析結果への感度の低い解析パラメータであると判定された場合に、当該新規解析パラメータを解析計算の対象から除外する計算除外判定手段と、
を備えることを特徴とする。
A first invention is a design support apparatus,
A design support device for obtaining an optimum shape of a structure that satisfies a target evaluation index by numerical fluid calculation,
Cell information acquisition means for acquiring a calculation result according to a predetermined analysis parameter and a predetermined rule for each of a plurality of cells constituting the structure model to be analyzed;
Analysis execution means for analyzing the evaluation index based on the calculation results for the plurality of cells;
Analysis history storage means for storing the analysis result of the evaluation index in association with the corresponding analysis parameter;
Similarity determination means for determining whether a new analysis parameter to be newly analyzed and a past analysis parameter that has already been analyzed are similar,
Whether the new analysis parameter is an analysis parameter having low sensitivity to the analysis result of the evaluation index when the similarity determination unit determines that the new analysis parameter is similar to the past analysis parameter Parameter sensitivity determination means for determining whether or not
Calculation exclusion determination means for excluding the new analysis parameter from the target of analysis calculation when the parameter sensitivity determination means determines that the new analysis parameter is an analysis parameter having low sensitivity to the analysis result of the evaluation index; ,
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記解析パラメータに基づいて、複数のセルの変形量を設定するセル変形量設定手段と、
前記セル変形量設定手段により設定された前記変形量に基づいて、前記複数のセルの節点移動を行うモーフィング実行手段とを更に備え、
前記類似判定手段は、前記モーフィング実行手段による前記節点移動の対象領域における節点移動情報と、前記節点移動の前記対象領域と当該節点移動の非対象領域との間の補間領域における節点移動情報とに基づいて、前記新規解析パラメータと前記過去解析パラメータとが類似するか否かを判定することを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
Cell deformation amount setting means for setting the deformation amounts of a plurality of cells based on the analysis parameters;
Morphing execution means for performing node movement of the plurality of cells based on the deformation amount set by the cell deformation amount setting means,
The similarity determination means includes node movement information in the node movement target area by the morphing execution means, and node movement information in an interpolation area between the node movement target area and the node movement non-target area. Based on this, it is determined whether the new analysis parameter is similar to the past analysis parameter.

第1の発明によれば、最適形状の探索を行う際に、新規解析パラメータを過去解析パラメータと比較する類似判定とともに新規解析パラメータの感度を判定するパラメータ感度判定を行って、新規解析パラメータを解析計算の対象から除外するか否かを判断するようにしている。そして、評価指標の解析結果への新規解析パラメータの感度が低く、新規解析パラメータを解析計算の対象から除外しても問題ないと判断された場合にのみ、当該新規解析パラメータを解析計算の対象から除外するようにしている。このため、本発明によれば、流体解析において、最適形状の探索精度の悪化を招くことなく無駄な計算を省略でき、これにより、探索期間を良好に短縮することが可能となる。   According to the first aspect, when searching for the optimum shape, the new analysis parameter is analyzed by performing the parameter sensitivity determination for determining the sensitivity of the new analysis parameter together with the similarity determination for comparing the new analysis parameter with the past analysis parameter. It is determined whether or not to exclude from the calculation target. Only when it is determined that the sensitivity of the new analysis parameter to the analysis result of the evaluation index is low and it is safe to exclude the new analysis parameter from the analysis calculation target, the new analysis parameter is excluded from the analysis calculation target. I try to exclude it. For this reason, according to the present invention, in the fluid analysis, useless calculation can be omitted without causing deterioration of the search accuracy of the optimum shape, and thus the search period can be favorably shortened.

第2の発明によれば、モーフィング実行手段による節点移動の対象領域における節点移動情報だけでなく、補間領域における節点移動情報にも基づいて、新規解析パラメータと過去解析パラメータとの類似性を評価するようにしている。このため、本発明によれば、上記補間領域についてもサンプル節点の抽出対象としているので、高精度な類似判定を実現することができる。また、最適化探索初期に広範囲な探索が可能となるので、探索初期において同一または類似の解析パラメータの探索が減少し、当該探索初期に局所的な最適解に陥ることを抑制することができる。   According to the second invention, the similarity between the new analysis parameter and the past analysis parameter is evaluated based on not only the node movement information in the target area of the node movement by the morphing execution means but also the node movement information in the interpolation area. I am doing so. For this reason, according to the present invention, since the interpolation region is also a sample node extraction target, high-precision similarity determination can be realized. Further, since a wide range search can be performed at the initial stage of the optimized search, the search for the same or similar analysis parameter is reduced at the initial stage of the search, and it is possible to suppress falling into a local optimal solution at the initial stage of the search.

実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1における設計支援システムのハードウェア構成を説明するための図である。本実施形態の設計支援システムは、設計対象(解析対象)となる構造体(ここでは吸気ポート)の設計を支援するためのシステムであり、図1に示すような汎用のコンピュータ10をハードウェアとして実現可能なものである。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a hardware configuration of a design support system according to Embodiment 1 of the present invention. The design support system of this embodiment is a system for supporting the design of a structure (intake port here) that is a design target (analysis target), and a general-purpose computer 10 as shown in FIG. 1 is used as hardware. It is feasible.

図1に示すコンピュータ10は、所定の設計条件(設計変数など)の入力を受け付ける入力装置12、入力された設計条件に基づいて所定のプログラムを実行するCPU14、CPU14による演算結果を出力する出力装置16、および、CPU14が実行する各種プログラムや演算処理に必要な各種データが格納された記憶装置18等の基本的構成要素を具備するものであればよい。   A computer 10 shown in FIG. 1 includes an input device 12 that receives input of predetermined design conditions (design variables and the like), a CPU 14 that executes a predetermined program based on the input design conditions, and an output device that outputs a calculation result by the CPU 14. 16 and the basic components such as the storage device 18 in which various programs executed by the CPU 14 and various data necessary for arithmetic processing are stored.

図2は、本発明の実施の形態1における設計支援システムのソフトウェア構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、図2に示すように、ベースメッシュモデル作成部20、条件設定部22、計算ソルバー24、最適化探索部26、モーフィング処理部28、類似判定部30、および、設計変数感度判定部32を備えている。   FIG. 2 is a diagram for explaining a software configuration of the design support system according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the system of this embodiment includes a base mesh model creation unit 20, a condition setting unit 22, a calculation solver 24, an optimization search unit 26, a morphing processing unit 28, a similarity determination unit 30, and a design variable. A sensitivity determination unit 32 is provided.

ここでは、内燃機関の吸気ポートの形状を最適化するための流体解析を行うシステムとして、本設計支援システムを適用した例に説明を行うものとする。具体的には、吸気ポートを最適にするための評価指標としては、内燃機関の筒内のタンブル(縦渦流)比TRや吸気ポートの流量係数CFが用いられる。本システムの狙いは、トレードオフの関係にあるタンブル比TRと流量係数CFをともに満足させる最適なポート形状を探索して得ることである。   Here, an example in which the present design support system is applied will be described as a system for performing fluid analysis for optimizing the shape of the intake port of the internal combustion engine. Specifically, as an evaluation index for optimizing the intake port, the in-cylinder tumble (vertical vortex) ratio TR and the intake port flow coefficient CF are used. The aim of this system is to search for and obtain an optimal port shape that satisfies both the tumble ratio TR and the flow coefficient CF which are in a trade-off relationship.

記憶装置18には、本設計支援システムのユーザによって予め作成された吸気ポートの3次元形状データ(CAD(Computer Aided Design)データ)が格納されている。また、記憶装置18には、メッシュモデルの各セルに関する情報やその他各種の作業用データが記憶される。ベースメッシュモデル作成部20は、そのCADデータを記憶装置18から読み出したうえで、そのCADデータを複数のセル(有限要素)に分割して、ベースのメッシュモデルを作成する機能を有している。ベースのメッシュモデルは、基本的にはベースメッシュモデル作成部20によって自動的に作成されるものであるが、ユーザの手によって作成されるものであってもよい。   The storage device 18 stores three-dimensional shape data (CAD (Computer Aided Design) data) of the intake port created in advance by the user of the present design support system. Further, the storage device 18 stores information on each cell of the mesh model and various other work data. The base mesh model creation unit 20 has a function of reading the CAD data from the storage device 18 and then dividing the CAD data into a plurality of cells (finite elements) to create a base mesh model. . The base mesh model is basically automatically created by the base mesh model creating unit 20, but may be created by the user's hand.

条件設定部22には、入力装置12によってユーザから入力された境界条件や計算条件が設定される。ここでいう境界条件とは、メッシュモデルの境界条件(吸気ポート壁面の位置や温度の情報など)のことであり、計算条件とは、メッシュモデルの流れ計算に必要な各種の計算条件(吸気ポートの各部の径やポート高さなどの設計変数、およびメッシュモデル入口の流速など)のことである。   In the condition setting unit 22, boundary conditions and calculation conditions input from the user by the input device 12 are set. The boundary conditions here are the boundary conditions of the mesh model (intake port wall surface position and temperature information, etc.), and the calculation conditions are the various calculation conditions (intake port) required for the mesh model flow calculation. Design variables such as the diameter of each part and port height, and the flow velocity at the mesh model inlet).

計算ソルバー24では、条件設定部22から得られた環境条件および計算条件の下で、メッシュモデルに対して流れ計算が実行される。図3は、吸気ポートのメッシュモデル40を簡略化して表した図である。図3に示すように、メッシュモデル40の個々のセル42の体積中心位置には、その位置での流速の情報がそれぞれのセル42と関連付けて与えられている。計算ソルバー24は、メッシュモデル40の各セル42に対して、流速の計算を行う。   In the calculation solver 24, the flow calculation is executed on the mesh model under the environmental condition and the calculation condition obtained from the condition setting unit 22. FIG. 3 is a simplified view of the mesh model 40 of the intake port. As shown in FIG. 3, information on the flow velocity at each position is given to the volume center position of each cell 42 of the mesh model 40 in association with each cell 42. The calculation solver 24 calculates the flow velocity for each cell 42 of the mesh model 40.

そして、計算ソルバー24は、各セル42に対する流速の計算結果に基づき、所定の関係式に従って、内燃機関の筒内のタンブル比TRや吸気ポートの流量係数CFを算出する。尚、ここでは、各セル42の中心位置に流速の情報を付与するようにしているが、これに限らず、各セル42の各節点に対して流速の情報を付与するようにしてもよい。また、各セル42に付与される情報は、吸気ポート内のガス流速でなくても、吸気ポート内の圧力や吸気ポート内を流れるガスの運動エネルギなどであってもよい。   The calculation solver 24 calculates the tumble ratio TR in the cylinder of the internal combustion engine and the flow coefficient CF of the intake port according to a predetermined relational expression based on the calculation result of the flow velocity for each cell 42. Here, the information on the flow velocity is given to the center position of each cell 42. However, the present invention is not limited to this, and the information on the flow velocity may be given to each node of each cell 42. Further, the information given to each cell 42 may not be the gas flow velocity in the intake port but the pressure in the intake port or the kinetic energy of the gas flowing in the intake port.

本実施形態のシステムでは、計算ソルバー24により算出されるタンブル比TRと流量係数CFがともに目標値を満たすようになるまで、モーフィング処理部28によってメッシュの形状変更を施しつつ、上記の演算を繰り返すようにしている。そのような目的のために、計算ソルバー24による計算結果は、最適化探索部26に送られるようになっている。   In the system of the present embodiment, the above calculation is repeated while changing the shape of the mesh by the morphing processing unit 28 until both the tumble ratio TR calculated by the calculation solver 24 and the flow coefficient CF satisfy the target value. I am doing so. For such a purpose, the calculation result by the calculation solver 24 is sent to the optimization search unit 26.

また、最適化探索部26では、計算ソルバー24による計算結果、および設計変数感度判定部32による各評価指標(タンブル比など)の補間による推定値(後述)に基づいて、ベースのメッシュモデル40の設計変数(吸気ポートの各部の径やポート高さなど)の変形量(すなわち、モーフィング処理部28によるメッシュモデル40の変形量)が最適解となるように選定される。   Further, the optimization search unit 26 uses the calculation result of the calculation solver 24 and the estimated value (described later) by interpolation of each evaluation index (such as a tumble ratio) by the design variable sensitivity determination unit 32 of the base mesh model 40. The amount of deformation of the design variables (the diameter of each part of the intake port, the port height, etc.) (that is, the amount of deformation of the mesh model 40 by the morphing processing unit 28) is selected to be the optimal solution.

モーフィング処理部28では、最適化探索部26によって選定された設計変数の変形量に従って、メッシュモデル40の形状を変更する処理、すなわち、モーフィングが行われる。より具体的には、吸気ポートの各部の径やポート高さが最適化探索部26によって選定された値となるようにメッシュモデル40の形状が変更される。   In the morphing processing unit 28, processing for changing the shape of the mesh model 40, that is, morphing is performed in accordance with the deformation amount of the design variable selected by the optimization searching unit 26. More specifically, the shape of the mesh model 40 is changed so that the diameter and port height of each part of the intake port become values selected by the optimization search unit 26.

計算ソルバー24は、目標タンブル比TRmおよび目標流量係数CFmをともに満たす最適な吸気ポート形状が得られたと判断できる計算結果が得られるまで、最適化探索部26によって選定された適切な設計変数をモーフィング処理部28に与えつつ、モーフィング処理部28によって形状変更された後のメッシュモデル40に対して演算を再度繰り返すようになっている。   The calculation solver 24 morphs the appropriate design variables selected by the optimization search unit 26 until a calculation result is obtained that can determine that an optimal intake port shape that satisfies both the target tumble ratio TRm and the target flow coefficient CFm is obtained. While giving to the processing unit 28, the calculation is repeated again on the mesh model 40 whose shape has been changed by the morphing processing unit 28.

図4は、モーフィングの実行に伴うメッシュモデル40の形状変更の一例を示す図である。
より具体的には、図4(A)は、モーフィング実行前のメッシュモデル40の一部を表しており、図4(B)は、図4(B)中の矢印の方向に、メッシュモデル40内のモーフィングの対象となるセル群42が拡大されるように、モーフィングが実行された後のメッシュモデル40の一部を表している。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a shape change of the mesh model 40 accompanying execution of morphing.
More specifically, FIG. 4A shows a part of the mesh model 40 before execution of morphing, and FIG. 4B shows the mesh model 40 in the direction of the arrow in FIG. A part of the mesh model 40 after the morphing is executed so that the cell group 42 to be morphed is enlarged.

モーフィングは、メッシュモデル40の各セル42の節点を直接的に変更させる処理であり、これにより、各セル42の形状が変更されることになる。モーフィングを行う際には、図4(B)に示すように、メッシュモデル40が、設計変数に基づく節点移動量が定義されて制御される主たる節点移動の対象領域と、当該節点移動の非対象領域と、これらの両者の間を補間するよう滑らかに変形される補間領域とに区別され、モーフィングにおける各セル42の節点の移動は、上記節点移動の対象領域と補間領域に対して行われることになる。尚、ここでいう節点移動の非対象領域には、吸気ポートの出口側(燃焼室側)の部位(ポートスロート部)などが該当する。   Morphing is a process of directly changing the node of each cell 42 of the mesh model 40, whereby the shape of each cell 42 is changed. When performing morphing, as shown in FIG. 4 (B), the mesh model 40 has a main nodal movement target region in which the nodal movement amount based on the design variable is defined and controlled, and the nodal movement non-target. A region is distinguished from an interpolation region that is smoothly deformed so as to interpolate between them, and the movement of the node of each cell 42 in morphing is performed with respect to the target region of the node movement and the interpolation region. become. Note that the non-target region of the node movement mentioned here corresponds to a portion (port throat portion) on the outlet side (combustion chamber side) of the intake port.

モーフィングを行うことによってメッシュモデル40の形状を変更させる上記手法によれば、メッシュモデル40を逐一CAD上で作成し直す必要なしに、短時間でメッシュモデル40を取得することができる。また、モーフィングによれば、メッシュモデル40全体の粗密分布を形状変更前のベースのメッシュモデル40から大きく変えずに保持したままで、メッシュモデル40の形状を変更させることが可能となる。   According to the above method of changing the shape of the mesh model 40 by performing morphing, the mesh model 40 can be acquired in a short time without having to recreate the mesh model 40 on the CAD one by one. Further, according to morphing, it is possible to change the shape of the mesh model 40 while maintaining the coarse and dense distribution of the entire mesh model 40 without largely changing from the base mesh model 40 before the shape change.

これにより、実機評価に対するモデル計算の結果のずれ量が形状変更を行う毎に大きく変わらなくなるので、モデルの計算結果の相対評価が可能となる。更に、上記手法によれば、モーフィングによるメッシュモデル40の自動修正とモデル計算の結果の評価に加え、上述した最適化探索を組み合わせることで、目的に応じた最適な形状を自動で算出することが可能となる。   As a result, the deviation amount of the model calculation result with respect to the actual machine evaluation does not change greatly every time the shape is changed, so that the model calculation result can be relatively evaluated. Furthermore, according to the above method, in addition to the automatic correction of the mesh model 40 by morphing and evaluation of the result of the model calculation, the optimum shape according to the purpose can be automatically calculated by combining the optimization search described above. It becomes possible.

また、図2に示す類似判定部30では、最適化探索部26によって選定された設計変数の変形量に基づく形状変更後のメッシュモデル40の形状(以下、「新規解析形状」と称することがある)と、当該形状変更前のメッシュモデル40の形状(以下、「過去解析形状」と称することがある)との間で、形状が類似しているか否かが判定される。   In the similarity determination unit 30 shown in FIG. 2, the shape of the mesh model 40 after the shape change based on the deformation amount of the design variable selected by the optimization search unit 26 (hereinafter, referred to as “new analysis shape”). ) And the shape of the mesh model 40 before the shape change (hereinafter, sometimes referred to as “past analysis shape”), it is determined whether or not the shapes are similar.

また、設計変数感度判定部32では、上記類似判定部30によって新規解析形状と過去解析形状とが類似していると判定された場合に、新規解析形状がタンブル比などの評価指標の解析結果への感度の低い形状であるか否かが判定される。   Further, in the design variable sensitivity determination unit 32, when the similarity determination unit 30 determines that the new analysis shape and the past analysis shape are similar, the new analysis shape becomes the analysis result of the evaluation index such as the tumble ratio. It is determined whether the shape has a low sensitivity.

そして、本実施形態では、上記設計変数感度判定部32によって当該新規解析形状が上記感度の低い形状であると判定された場合に、当該新規解析形状を解析計算の対象から除外するようにしている。本実施形態のシステムは、上記類似判定部30と上記設計変数感度判定部32とを備えた点、および、それらの判定部30、32のそれぞれの構成に特徴を有している。以下、図5乃至図8を参照して、その特徴的な構成について詳述する。   In this embodiment, when the design variable sensitivity determination unit 32 determines that the new analysis shape is a shape with low sensitivity, the new analysis shape is excluded from the target of the analysis calculation. . The system according to the present embodiment is characterized in that the similarity determination unit 30 and the design variable sensitivity determination unit 32 are provided, and the configuration of each of the determination units 30 and 32. The characteristic configuration will be described in detail below with reference to FIGS.

図5は、最適化探索部26による探索が行われた様子を表した概念図である。尚、図4における評価指標1、2には、本実施形態の吸気ポートの流れ解析の場合であれば、流量係数CFやタンブル比TRが相当する。
図4中に黒丸で示すように、最適化探索が行われることで、解(解析結果)が得られていく。本実施形態では、当該探索の過程で得られる解析結果(評価結果)、各設計変数値、および解析条件を互いに関連付けた状態で、随時データベースに蓄積するようにしている。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state in which the search by the optimization search unit 26 is performed. Note that the evaluation indexes 1 and 2 in FIG. 4 correspond to the flow coefficient CF and the tumble ratio TR in the case of the flow analysis of the intake port of the present embodiment.
As indicated by the black circles in FIG. 4, an optimization search is performed to obtain a solution (analysis result). In the present embodiment, analysis results (evaluation results) obtained in the search process, design variable values, and analysis conditions are stored in a database as needed in association with each other.

そして、本実施形態では、最適形状の探索精度の悪化を招くことなく無駄な計算を省略でき、これにより、探索期間を良好に短縮させるべく、探索の過程で上述した類似判定部30および設計変数感度判定部32を用いるようにしている。先ず、類似判定部30では、より具体的には、以下の図6に示す手法に従って、新規解析形状と過去解析形状との間で類似性が評価される。   In this embodiment, useless calculation can be omitted without degrading the search accuracy of the optimum shape, and thus the similarity determination unit 30 and the design variable described above in the search process can be shortened in order to favorably shorten the search period. The sensitivity determination unit 32 is used. First, the similarity determination unit 30 more specifically evaluates the similarity between the new analysis shape and the past analysis shape according to the method shown in FIG. 6 below.

図6は、図2に示す類似判定部30による類似判定手法を説明するための図である。
図6(A)は、モーフィングによる形状変更の一例(ポート径の変更)を示している。図6(B)および(C)は、メッシュの図示を省略した状態の吸気ポートの断面を示している。また、図6(B)は、モーフィングによる形状変更前の形状を示し、図6(C)は、モーフィングによる形状変更後の形状を示している。
FIG. 6 is a diagram for explaining a similarity determination method performed by the similarity determination unit 30 illustrated in FIG. 2.
FIG. 6A shows an example of shape change by morphing (change of port diameter). 6B and 6C show a cross section of the intake port in a state where the mesh is not shown. FIG. 6B shows the shape before the shape change by morphing, and FIG. 6C shows the shape after the shape change by morphing.

類似判定部30では、最適化探索により新規解析形状を創出する毎に、その時々の設計変数に対して、図6に示すように、ポート径(設計変数)の変形方向を基準とする基準座標系を構築している。そして、図6(B)に示すように、吸気ポートの形状表面上のセル42の節点の中から任意のn個のサンプル節点を設け、各サンプル節点に対して、基準座標からのベクトル値uを求めてデータベースに蓄積している。 In the similarity determination unit 30, each time a new analysis shape is created by an optimization search, the reference coordinates based on the deformation direction of the port diameter (design variable) as shown in FIG. A system is being constructed. Then, as shown in FIG. 6B, arbitrary n sample nodes are provided from the nodes of the cell 42 on the shape surface of the intake port, and the vector value u from the reference coordinates is set for each sample node. i is stored in the database.

また、類似判定部30では、図6(C)に示すように、モーフィングによる形状変更により座標値が変化した上記各サンプル節点に対するベクトル値vもデータベースに蓄積している。また、本実施形態では、図6(B)および(C)に示すように、サンプル節点を、モーフィングによる節点移動の対象領域だけでなく、補間領域からも抽出することを特徴としている。 Further, as shown in FIG. 6C, the similarity determination unit 30 also accumulates in the database vector values v i for each of the sample nodes whose coordinate values have changed due to shape change by morphing. Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 6B and 6C, sample nodes are extracted not only from the target area of the node movement by morphing but also from the interpolation area.

類似判定部30では、上記ベクトル値u、vを以下の(1)式に代入して得られる類似度Sを用いて、新規解析形状と過去解析形状との類似性判定を行うようにしている。 The similarity determination unit 30 performs similarity determination between the new analysis shape and the past analysis shape using the similarity S obtained by substituting the vector values u i and v i into the following equation (1). ing.

Figure 2009258879
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上記(1)式によれば、2つのベクトル値u、vが近づくにつれ、類似度Sは1に近づいていくことになる。そこで、本実施形態では、データベースから参照された過去解析形状のベクトル値uと新規解析形状のベクトル値vとの間で、類似度Sを算出するようにしている。 According to the above equation (1), the similarity S approaches 1 as the two vector values u i and v i approach. Therefore, in the present embodiment, the similarity S is calculated between the vector value u i of the past analysis shape referenced from the database and the vector value v i of the new analysis shape.

そして、所定の類似特性値|S−1|が所定の閾値γよりも小さい場合には、両形状が類似していると判定し、設計変数感度判定部32の処理に移行するようにしている。一方、当該類似特性値|S−1|が閾値γ以上となる場合には、両形状が別形状であると判定し、今回の新規解析形状に対して、所定の解析計算を行うようにしている。   If the predetermined similarity characteristic value | S-1 | is smaller than the predetermined threshold value γ, it is determined that both shapes are similar, and the process proceeds to the process of the design variable sensitivity determination unit 32. . On the other hand, when the similar characteristic value | S-1 | is equal to or greater than the threshold value γ, it is determined that both shapes are different shapes, and a predetermined analysis calculation is performed on the new analysis shape this time. Yes.

図7は、図2に示す設計変数感度判定部32において、新規解析形状についての各評価指標の推定値の算出手法を説明するための図であり、3つの評価指標1〜3を例示している。
設計変数感度判定部32では、図7に示すように、評価指標(タンブル比TRや流量係数CFなど)毎に、過去に解析を行った設計変数(形状a〜d)と各評価指標との間で、最小2乗法などによりn次の評価近似式が求められる。そして、当該評価近似式を用いて、図7に示すように、新規解析形状の設計変数値に対応する各評価指標の推定値が算出される。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method for calculating an estimated value of each evaluation index for a new analysis shape in the design variable sensitivity determination unit 32 illustrated in FIG. 2, and illustrates three evaluation indices 1 to 3. Yes.
In the design variable sensitivity determination unit 32, as shown in FIG. 7, for each evaluation index (tumble ratio TR, flow coefficient CF, etc.), design variables (shapes a to d) analyzed in the past and each evaluation index are calculated. In the meantime, an nth-order evaluation approximate expression is obtained by a least square method or the like. Then, using the evaluation approximation formula, as shown in FIG. 7, the estimated value of each evaluation index corresponding to the design variable value of the new analysis shape is calculated.

上記のように算出された各評価指標の推定値が実際との誤差の少ない値である場合には、当該推定値を用いることとして新規解析計算の実行を省略するようにすれば、最適化探索における探索時間を良好に短縮することができる。   If the estimated value of each evaluation index calculated as described above is a value with a small error from the actual value, using this estimated value and omitting the execution of a new analysis calculation will optimize the search. The search time in can be shortened satisfactorily.

図8は、近似曲線と本当の評価指標曲線との間に誤差が存在する例を示した図である。ところが、例えば、図8に示すように、本当の評価指標曲線(実線)の傾きが急激に変化するようなケースにおいては、上記評価近似式による近似曲線(破線)から各評価指標の推定値を算出するようにすると、評価指標の真の値と推定値とが大きくずれてしまう可能性がある。このようなケースにおいても、新規解析形状が過去解析形状と類似しているからといって、新規解析形状に対する解析計算を除外することとすると、最適化探索の探索精度が悪化してしまう。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which an error exists between the approximate curve and the true evaluation index curve. However, for example, as shown in FIG. 8, in the case where the slope of the true evaluation index curve (solid line) changes abruptly, the estimated value of each evaluation index is calculated from the approximate curve (broken line) based on the above evaluation approximation formula. If calculated, the true value of the evaluation index and the estimated value may deviate greatly. Even in such a case, if the new analysis shape is similar to the past analysis shape and the analysis calculation for the new analysis shape is excluded, the search accuracy of the optimization search deteriorates.

そこで、設計変数感度判定部32では、次のような処理を行うことによって、過去解析形状と類似している新規解析形状に対して、解析計算を行うべきか否かを判定するようにしている。   Therefore, the design variable sensitivity determination unit 32 determines whether or not analysis calculation should be performed on a new analysis shape similar to the past analysis shape by performing the following processing. .

図9は、図2に示す設計変数感度判定部32による新規解析形状の感度判定手法を説明するための図である。すなわち、当該感度判定においては、先ず、新規解析形状の推定値(菱形印)の近傍にある形状b、cの解をサンプル点(三角印と四角印)として抽出する。そして、各サンプル点における評価近似式による近似曲線(破線)の接線の傾きk、k(感度)を算出する。 FIG. 9 is a diagram for explaining a sensitivity determination method for a new analysis shape by the design variable sensitivity determination unit 32 shown in FIG. That is, in the sensitivity determination, first, the solutions of the shapes b and c near the estimated value (diamond mark) of the new analysis shape are extracted as sample points (triangle mark and square mark). Then, tangent slopes k b and k c (sensitivity) of the approximate curve (broken line) by the evaluation approximation formula at each sample point are calculated.

ここでは、これらのサンプル点間の傾きk、kの変化率を用いて、感度判定を行うようにしている。具体的には、新規解析形状の推定値の近傍にある形状b、cの設計変数の離散幅をΔxとすると、傾きk、kの変化率は、|k−k|/Δxとして算出することができる。 Here, sensitivity determination is performed using the rate of change of the slopes k b and k c between these sample points. Specifically, when the shape b in the vicinity of the estimated value of the new analysis shapes, the discrete width of the design variables c and [Delta] x i, the rate of change of slope k b, k c, | k b -k c | / it can be calculated as Δx i.

設計変数感度判定部32では、ζを閾値として、判定式|k−k|/Δx≦ζが成立するか否かを判定している。この判定式|k−k|/Δx≦ζが成立する場合には、傾きkから傾きkへの変化が緩やかであることになる。設計変数感度判定部32は、この場合には、上記のように評価近似式を用いて算出される推定値を新規解析形状の解として用いても、評価指標の真の値との誤差が十分に小さいものと判断し、上記推定値を用いるようにして、新規解析形状を解析計算の対象から除外するようにしている。 The design variable sensitivity determination unit 32 determines whether or not the determination expression | k b −k c | / Δx i ≦ ζ is satisfied with ζ as a threshold value. When this determination formula | k b −k c | / Δx i ≦ ζ holds, the change from the slope k b to the slope k c is gentle. In this case, the design variable sensitivity determination unit 32 has a sufficient error from the true value of the evaluation index even if the estimated value calculated using the evaluation approximate expression as described above is used as the solution of the new analysis shape. The new analysis shape is excluded from the target of the analysis calculation by using the estimated value.

一方、判定式|k−k|/Δx>ζが成立する場合には、傾きkから傾きkへの変化が急、すなわち、近似曲線が凹凸状の形状になっていると判断できる。設計変数感度判定部32は、この場合には、新規解析形状に対して解析計算を行わないと近似誤差が大きい可能性が高いと判断し、上記推定値を用いるのをやめて、新規解析形状に対して所定の解析計算を実行するようにしている。 On the other hand, when the determination formula | k b −k c | / Δx i > ζ is satisfied, the change from the inclination k b to the inclination k c is abrupt, that is, the approximate curve has an uneven shape. I can judge. In this case, the design variable sensitivity determination unit 32 determines that the approximation error is likely to be large unless analysis calculation is performed on the new analysis shape, stops using the estimated value, and creates a new analysis shape. On the other hand, a predetermined analysis calculation is executed.

図10は、以上説明した類似判定部30および設計変数感度判定部32を備える本実施形態のシステムにおける最適化探索を伴う流体解析計算の一連の処理を表した設計支援プログラム(ルーチン)を示すフローチャートである。
図10に示す設計支援プログラムでは、先ず、目標タンブル比TRmおよび目標流量係数CFmが目標値として選定される(入力装置12によってユーザが希望する目標性能値を受け付ける)とともに、ベースメッシュモデル作成部20によって対象となるベースのメッシュモデル40が作成される(ステップ101)。
FIG. 10 is a flowchart showing a design support program (routine) representing a series of processes of fluid analysis calculation with optimization search in the system of the present embodiment including the similarity determination unit 30 and the design variable sensitivity determination unit 32 described above. It is.
In the design support program shown in FIG. 10, first, the target tumble ratio TRm and the target flow coefficient CFm are selected as target values (a target performance value desired by the user is received by the input device 12), and the base mesh model creation unit 20 As a result, a target base mesh model 40 is created (step 101).

次に、条件設定部22によって所定の境界条件および計算条件が設定されたうえで、ベースのメッシュモデル40での各セル42の流速が計算ソルバー24によって計算され、その計算結果に基づいて、タンブル比TRおよび流量係数CFが算出される(ステップ102)。より具体的には、これらの流速、タンブル比TR、および流量係数CFは、所定の計算ステップ(所定時間)毎に繰り返し算出されるものである。   Next, after predetermined boundary conditions and calculation conditions are set by the condition setting unit 22, the flow velocity of each cell 42 in the base mesh model 40 is calculated by the calculation solver 24, and the tumble is calculated based on the calculation result. The ratio TR and the flow coefficient CF are calculated (step 102). More specifically, the flow velocity, the tumble ratio TR, and the flow coefficient CF are repeatedly calculated every predetermined calculation step (predetermined time).

次に、最適化探索部26によって、実験計画法(DOE)または最適化アルゴリズムを用いて、モーフィングによる形状変形量(ベースのメッシュモデル40での吸気ポートの径やポート高さなどの設計変数の変形量)Xが算出される(ステップ103)。 Next, the optimization search unit 26 uses a design of experiment (DOE) or optimization algorithm to change the shape deformation amount due to morphing (design variables such as the intake port diameter and port height in the base mesh model 40). A deformation amount X i is calculated (step 103).

次に、上記のように算出された形状変形量Xに基づいて、モーフィング処理部28によって、モーフィングによるメッシュモデル40の形状変更が実行される(ステップ104)。 Next, based on the shape deformation amount X i calculated as described above, the morphing processing unit 28 changes the shape of the mesh model 40 by morphing (step 104).

次に、図6を参照して上述したように、類似判定部30によって、類似判定用の基準座標系と任意のn個のサンプル節点とが設定される(ステップ105)。次いで、データベースから参照された過去解析形状のベクトル値uと新規解析形状のベクトル値vとが算出される(ステップ106)。 Next, as described above with reference to FIG. 6, the similarity determination unit 30 sets a reference coordinate system for similarity determination and any n sample nodes (step 105). Next, the vector value u i of the past analysis shape and the vector value v i of the new analysis shape referenced from the database are calculated (step 106).

この際、既述したように、モーフィングによる節点移動の対象領域だけでなく、補間領域からもサンプル節点を抽出して、ベクトル値u、vを算出するようにしている。次いで、これらのベクトル値u、vを用いて、上記(1)式に従って類似度Sが算出される(ステップ107)。 At this time, as described above, the sample values are extracted not only from the target area of the node movement by morphing but also from the interpolation area, and the vector values u i and v i are calculated. Next, using these vector values u i and v i , the similarity S is calculated according to the above equation (1) (step 107).

次に、上記類似度Sに基づく類似特性値|S−1|が閾値γよりも小さいか否かが判別される(ステップ108)。その結果、類似特性値|S−1|が閾値γ以上であると判定された場合には、今回の新規解析形状がデータベースに蓄積された過去解析形状と類似する形状ではないと判断できる。この場合には、ステップ116に進み、当該新規解析形状に対して解析計算が実行される。   Next, it is determined whether or not the similarity characteristic value | S-1 | based on the similarity S is smaller than the threshold value γ (step 108). As a result, if it is determined that the similar characteristic value | S-1 | is equal to or greater than the threshold value γ, it can be determined that the new analysis shape this time is not similar to the past analysis shape stored in the database. In this case, the process proceeds to step 116, and analysis calculation is executed for the new analysis shape.

一方、上記ステップ108において、類似特性値|S−1|が閾値γよりも小さいと判定された場合には、今回の新規解析形状がデータベースに蓄積された過去解析形状と類似する形状であると判断できる。この場合には、次いで、設計変数感度判定部32によって、先ず、過去解析形状の計算結果のデータベースを参照して、過去に解析を行った設計変数(形状a〜d)と各評価指標との間で、最小2乗法などによりn次の評価近似式が求められる(ステップ109)。   On the other hand, when it is determined in step 108 that the similar characteristic value | S-1 | is smaller than the threshold value γ, the new analysis shape this time is a shape similar to the past analysis shape stored in the database. I can judge. In this case, the design variable sensitivity determination unit 32 first refers to the database of the calculation result of the past analysis shape, and compares the design variables (shapes a to d) analyzed in the past and each evaluation index. In the meantime, an nth-order evaluation approximate expression is obtained by the least square method or the like (step 109).

次に、設計変数感度判定部32によって、上記評価近似式に基づいて、新規解析形状に対して、各評価指標(タンブル比や流量係数)の推定値TRf、CFfが算出される(ステップ110)。次いで、新規解析形状の上記推定値TRf、CFfの近傍にある2つの過去解析形状の解がサンプル点として設定される(ステップ111)。   Next, the estimated values TRf and CFf of each evaluation index (tumble ratio and flow coefficient) are calculated for the new analysis shape by the design variable sensitivity determination unit 32 based on the evaluation approximate expression (step 110). . Next, solutions of two past analysis shapes in the vicinity of the estimated values TRf and CFf of the new analysis shape are set as sample points (step 111).

次に、設計変数感度判定部32によって、上記2つのサンプル点における上記評価近似式による近似曲線の変化率(接線の傾き)ki−1、ki+1が算出される(ステップ112)。次いで、設計変数感度判定部32によって、離散幅をΔxとして算出された上記2つの傾きki−1、ki+1の変化率|k−k|/Δxが閾値ζ以下であるか否かが判別される(ステップ113)。 Next, the design variable sensitivity determination unit 32 calculates the change rate (tangential slope) k i−1 , k i + 1 of the approximate curve according to the evaluation approximation formula at the two sample points (step 112). Next, the rate of change | k b −k c | / Δx i of the two slopes k i−1 and k i + 1 calculated by the design variable sensitivity determination unit 32 with the discrete width as Δx i is equal to or less than the threshold ζ i. Is determined (step 113).

その結果、上記傾き変化率|k−k|/Δx≦ζが成立すると判定された場合には、今回の新規解析形状が、過去解析形状と類似しており、かつ、今回の設計変数の感度が低く上記推定値を用いても真の評価指標値との誤差が小さいと判断できる。このため、この場合には、当該新規解析形状に対する解析計算を除外すべきであると判定される(ステップ114)。そして、上記ステップ110において算出された各評価指標の推定値TRf、CFfが今回の新規解析形状に関する解析結果として代用される形で、今回の設計変数と関連付けられた状態でデータベースに保存される(ステップ115)。そして、上記ステップ103以降の処理が繰り返し実行される。 As a result, when it is determined that the inclination change rate | k b −k c | / Δx i ≦ ζ i is satisfied, the current new analysis shape is similar to the past analysis shape, and It can be determined that the sensitivity of the design variable is low and the error from the true evaluation index value is small even if the estimated value is used. For this reason, in this case, it is determined that the analysis calculation for the new analysis shape should be excluded (step 114). Then, the estimated values TRf and CFf of each evaluation index calculated in the above step 110 are stored in the database in a state associated with the current design variable in the form of being substituted as the analysis result regarding the current new analysis shape ( Step 115). And the process after the said step 103 is repeatedly performed.

一方、上記ステップ113において、上記傾き変化率|k−k|/Δx≦ζが不成立であると判定された場合には、今回の新規解析形状が、過去解析形状と類似してはいるものの、今回の設計変数の感度が高いため上記推定値を用いると真の評価指標値との近似誤差が大きくなる可能性が高いと判断できる。このため、この場合には、通常通り、当該新規解析形状に対する解析計算が実行される(ステップ116)。本ステップ116では、境界条件および計算条件が設定されたうえで、モーフィング実行後の新規解析形状に対して、各セル42についての流速の計算が実行される。 On the other hand, if it is determined in step 113 that the slope change rate | k b −k c | / Δx i ≦ ζ i is not established, the new analysis shape of this time is similar to the past analysis shape. However, since the sensitivity of the current design variable is high, it can be determined that the use of the estimated value is likely to increase the approximation error with the true evaluation index value. Therefore, in this case, the analysis calculation for the new analysis shape is executed as usual (step 116). In this step 116, the boundary condition and the calculation condition are set, and the flow velocity for each cell 42 is calculated for the new analysis shape after the morphing is executed.

次に、当該モーフィング実行後の新規解析形状においてタンブル比TRが安定した状態でのタンブル比TRsおよび流量係数CFsが取得される(ステップ117)。   Next, the tumble ratio TRs and the flow coefficient CFs in a state where the tumble ratio TR is stable in the new analysis shape after execution of the morphing are acquired (step 117).

次に、上記ステップ117において取得されたタンブル比TRsおよび流量係数CFsが、それぞれ上記ステップ101における目標タンブル比TRmおよび目標流量係数CFm以上であるか否かが判別される(ステップ115)。   Next, it is determined whether or not the tumble ratio TRs and the flow coefficient CFs acquired in step 117 are equal to or greater than the target tumble ratio TRm and the target flow coefficient CFm in step 101 (step 115).

その結果、タンブル比TRsおよび流量係数CFsがともに目標値に達していない場合には、今回の新規解析形状の解析結果が今回の設計変数と関連付けられた状態でデータベースに記憶され(ステップ119)、そのうえで、上記ステップ103以降の処理が繰り返し実行され、一方、タンブル比TRsおよび流量係数CFsがともに目標値に達した場合には、図10に示す設計支援プログラムの処理が終了される。   As a result, when both the tumble ratio TRs and the flow coefficient CFs have not reached the target values, the analysis result of the new analysis shape this time is stored in the database in a state associated with the current design variable (step 119), In addition, the processing after step 103 is repeatedly executed. On the other hand, when the tumble ratio TRs and the flow coefficient CFs both reach the target values, the processing of the design support program shown in FIG. 10 is ended.

本実施形態の吸気ポート内の流れ解析などの流体解析においては、設計変数などの解析パラメータが類似している場合であっても、必ずしも解析結果が近い結果となるとはいえない。この理由は、流れ場内における流体の乱れの影響により、タンブル比TRなどの渦の情報を算出する場合に、形状の差異(設計変数の差異)が解析結果に大きく効いてくるためである。このため、流体解析においては、新規解析計算を行う際に、設計変数などの解析パラメータが過去解析形状と類似しているからといって、新規解析形状を単純に計算対象から除外するようにすると、最適形状の探索精度が悪化してしまうことが懸念される。   In the fluid analysis such as the flow analysis in the intake port of the present embodiment, even if the analysis parameters such as the design variables are similar, the analysis results are not necessarily close. This is because, when calculating vortex information such as the tumble ratio TR, the difference in shape (difference in design variables) greatly affects the analysis result due to the influence of fluid disturbance in the flow field. Therefore, in fluid analysis, when a new analysis calculation is performed, if the analysis parameters such as design variables are similar to the past analysis shape, the new analysis shape is simply excluded from the calculation target. There is a concern that the search accuracy of the optimum shape will deteriorate.

これに対し、以上説明した図10に示す設計支援プログラムによれば、最適形状の探索を行う際に、新規解析形状を過去解析形状と比較する類似判定とともに新規解析形状の設計変数の感度を判定する設計変数感度判定を行って、新規解析形状を解析計算の対象から除外するか否かを判断するようにしている。そして、各評価指標の解析結果への設計変数の感度が低く、新規解析形状を解析計算の対象から除外しても問題ないと判断された場合にのみ、当該新規解析形状を解析計算の対象から除外するとともに、評価近似式から簡便に求めた各評価指標の推定値を解析結果の代用として、類似形状かつ結果がほぼ同等の形状に関する解析計算を行わないようにしている。このため、流体解析において、最適形状の探索精度の悪化を招くことなく無駄な計算を省略でき、これにより、探索期間を良好に短縮することが可能となる。   On the other hand, according to the design support program shown in FIG. 10 described above, when searching for the optimum shape, the sensitivity of the design variable of the new analysis shape is determined together with the similarity determination comparing the new analysis shape with the past analysis shape. The design variable sensitivity is determined to determine whether or not to exclude the new analysis shape from the target of the analysis calculation. Only when the sensitivity of the design variable to the analysis result of each evaluation index is low and it is determined that it is safe to exclude the new analysis shape from the analysis calculation target, the new analysis shape is excluded from the analysis calculation target. In addition, the estimated value of each evaluation index simply obtained from the evaluation approximate expression is used as a substitute for the analysis result, so that the analysis calculation regarding a similar shape and a shape having almost the same result is not performed. For this reason, in the fluid analysis, useless calculation can be omitted without causing deterioration of the search accuracy of the optimum shape, and thus the search period can be favorably shortened.

また、最適化探索初期において、解が近い類似形状を多く探索すると、その近傍にある局所解に探索が集中してしまう事態が発生し、結果として、広範囲な最適化探索を実施できなくなってしまうという問題点がある。また、単に設計変数(解析パラメータ)による形状変更部位(上記節点移動の対象領域)のみで類似判定を行うと、設計変数の数k個の次元での類似判定精度となり、十分な類似形状比較を行うことができない。   In addition, if many similar shapes with similar solutions are searched in the early stage of the optimization search, a situation in which the search concentrates on a local solution in the vicinity thereof, and as a result, a wide range of optimization searches cannot be performed. There is a problem. Further, if similarity determination is performed only with a shape change portion (the above-mentioned node movement target region) based on design variables (analysis parameters), similarity determination accuracy is achieved in several k dimensions of design variables, and sufficient similar shape comparison is performed. I can't do it.

これに対し、上記設計支援プログラムによれば、モーフィングによる節点移動の対象領域だけでなく、補間領域からもサンプル節点を抽出して、ベクトル値u、vを算出するようにし、新規解析形状と過去解析形状との類似性を評価するようにしている。このように、本手法では、上記補間領域についてもサンプル節点の抽出対象としているので、設計変数の数k個×サンプル節点の数n個の次元となり、高精度な類似判定を実現することができる。また、最適化探索初期に広範囲な探索が可能となるので、探索初期において同一または類似形状の探索が減少し、当該探索初期に局所的な最適解に陥ることを抑制することができる。また、最適化が進むにつれて、計算除外と判定される確率が上がっていくことになるので、本当に欲しい解のみで最終的な最適解を得ることができるようになり、探索性能を向上させることができる。 On the other hand, according to the design support program described above, sample values are extracted not only from the target area of node movement by morphing but also from the interpolation area, and the vector values u i and v i are calculated, and the new analysis shape is obtained. And the past analysis shape are evaluated for similarity. As described above, in this method, since the interpolation region is also a sample node extraction target, the number of design variables is k.times.the number of sample nodes is n, and high-precision similarity determination can be realized. . In addition, since a wide-range search can be performed at the initial stage of the optimized search, searches for the same or similar shape can be reduced at the initial stage of the search, and it is possible to suppress falling into a local optimal solution at the initial stage of the search. In addition, as the optimization progresses, the probability of being excluded from calculation will increase, so that the final optimal solution can be obtained with only the solution that is truly desired, and the search performance can be improved. it can.

ところで、上述した実施の形態1においては、設計変数の感度判定において、新規解析形状の各評価指標の推定値を求める際に、最小2乗法を利用してn次の評価近似式を得るようにしている。しかしながら、このような評価近似式は、最小2乗法を利用して得たものに限らず、例えば、テーラー展開の利用など他の一般的な近似手法を利用して得たものであってもよい。また、最適化探索時に、応答曲面を作成して探索に利用している場合には、当該応答曲面を利用して上記推定値を求めるようにしてもよい。   By the way, in the above-described first embodiment, when determining the estimated value of each evaluation index of the new analysis shape in the sensitivity determination of the design variable, the nth-order evaluation approximate expression is obtained using the least square method. ing. However, such an evaluation approximate expression is not limited to the one obtained using the least square method, and may be obtained using another general approximation method such as use of Taylor expansion, for example. . In addition, when an optimization search is performed, a response surface is created and used for the search, and the estimated value may be obtained using the response surface.

また、上述した実施の形態1においては、新規解析形状の推定値近傍のサンプル点間の傾きk、kの変化率を用いて、設計変数の感度判定を行うようにしている。しかしながら、本発明における感度判定の手法は、上記の手法に限らず、例えば、上記推定値とその近傍解の結果との誤差値そのもの(差分値)を利用し、当該誤差値が所定の閾値と比較することによって、設計変数の感度判定を行ってもよい。 In the first embodiment described above, the sensitivity of the design variable is determined using the change rates of the slopes k b and k c between the sample points near the estimated value of the new analysis shape. However, the sensitivity determination method in the present invention is not limited to the above method, and for example, using the error value itself (difference value) between the estimated value and the result of the neighborhood solution, the error value is a predetermined threshold value. The sensitivity of the design variable may be determined by comparison.

尚、上述した実施の形態1においては、メッシュモデル40が前記第1の発明における「構造体モデル」に相当している。また、CPU14が、上記ステップ102または116の処理を実行することにより前記第1の発明における「セル情報取得手段」が、上記ステップ117および118の処理を実行することにより前記第1の発明における「解析実行手段」が、上記ステップ119の処理を実行することにより前記第1の発明における「解析履歴記憶手段」が、上記ステップ105〜108の処理を実行することにより前記第1の発明における「類似判定手段」が、上記ステップ109〜113の処理を実行することにより前記第1の発明における「パラメータ感度判定手段」が、上記ステップ113の判定が成立する場合に上記ステップ114の処理を実行することにより前記第1の発明における「計算除外判定手段」が、それぞれ実現されている。
また、CPU14が、上記ステップ103の処理を実行することにより前記第2の発明における「セル変形量設定手段」が、上記ステップ104の処理を実行することにより前記第2の発明における「モーフィング実行手段」が、それぞれ実現されている。また、ベクトル値u、vが前記第2の発明における「節点移動の対象領域における節点移動情報」および「補間領域における節点移動情報」にそれぞれ相当している。
In the first embodiment described above, the mesh model 40 corresponds to the “structure model” in the first invention. Further, when the CPU 14 executes the process of the above step 102 or 116, the “cell information acquisition means” in the first invention executes the processes of the above steps 117 and 118. The "analysis execution means" executes the process of step 119, so that the "analysis history storage means" in the first invention executes the processes of steps 105 to 108, so that the "similarity" The “determination means” executes the processing of the above-described steps 109 to 113 so that the “parameter sensitivity determination means” in the first invention executes the processing of the above-described step 114 when the determination of the above-mentioned step 113 is established. Thus, the “calculation exclusion judging means” in the first invention is realized.
Further, the “cell deformation amount setting means” in the second invention is executed by the CPU 14 executing the process in step 103, and the “morphing executing means in the second invention is executed by executing the process in step 104. "Is realized. The vector values u i and v i correspond to the “node movement information in the node movement target area” and the “node movement information in the interpolation area” in the second invention, respectively.

本発明の実施の形態1における設計支援システムのハードウェア構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the hardware constitutions of the design support system in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における設計支援システムのソフトウェア構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the software configuration of the design support system in Embodiment 1 of this invention. 吸気ポートのメッシュモデルを簡略化して表した図である。It is the figure which expressed the mesh model of the intake port simplified. モーフィングの実行に伴うメッシュモデルの形状変更の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape change of the mesh model accompanying execution of morphing. 最適化探索部による探索が行われた様子を表した概念図である。It is the conceptual diagram showing a mode that the search by the optimization search part was performed. 図2に示す類似判定部による類似判定手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the similarity determination method by the similarity determination part shown in FIG. 図2に示す設計変数感度判定部において、新規解析形状についての各評価指標の推定値の算出手法を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method for calculating an estimated value of each evaluation index for a new analysis shape in the design variable sensitivity determination unit shown in FIG. 2. 近似曲線と本当の評価指標曲線との間に誤差が存在する例を示した図である。It is the figure which showed the example in which an error exists between an approximated curve and a true evaluation index curve. 図2に示す設計変数感度判定部による新規解析形状の感度判定手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sensitivity determination method of the new analysis shape by the design variable sensitivity determination part shown in FIG. 本発明の実施の形態1において実行される設計支援プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the design support program performed in Embodiment 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 コンピュータ
12 入力装置
14 CPU
16 出力装置
18 記憶装置
20 ベースメッシュモデル作成部
22 条件設定部
24 計算ソルバー
26 最適化探索部
28 モーフィング処理部
30 類似判定部
32 設計変数感度判定部
40 メッシュモデル
42 セル
CF、CFm、CFs 流量係数
CFf 流量係数の推定値
S 類似度
TR、TRm、TRs タンブル比
TRf タンブル比の推定値
、v ベクトル値
形状変形量
10 Computer 12 Input Device 14 CPU
16 output device 18 storage device 20 base mesh model creation unit 22 condition setting unit 24 calculation solver 26 optimization search unit 28 morphing processing unit 30 similarity determination unit 32 design variable sensitivity determination unit 40 mesh model 42 cell CF, CFm, CFs flow coefficient CFf Estimated value of flow coefficient S Similarity TR, TRm, TRs Tumble ratio TRf Estimated value of tumble ratio u i , v i vector value X i Shape deformation amount

Claims (2)

数値流体計算により目標とする評価指標を満足する構造体の最適形状を求める設計支援装置であって、
解析対象となる構造体モデルを構成する複数のセルのそれぞれについて、所定の解析パラメータと所定の規則に従って計算結果を取得するセル情報取得手段と、
前記複数のセルに対する前記計算結果に基づいて、前記評価指標の解析を行う解析実行手段と、
前記評価指標の解析結果を、対応する前記解析パラメータと関連付けて記憶する解析履歴記憶手段と、
新たに解析を行うとする新規解析パラメータと、既に解析が行われた過去解析パラメータとが類似するか否かを判定する類似判定手段と、
前記類似判定手段によって前記新規解析パラメータと前記過去解析パラメータとが類似していると判定された場合に、当該新規解析パラメータが、前記評価指標の解析結果への感度の低い解析パラメータであるか否かを判定するパラメータ感度判定手段と、
前記パラメータ感度判定手段によって前記新規解析パラメータが前記評価指標の解析結果への感度の低い解析パラメータであると判定された場合に、当該新規解析パラメータを解析計算の対象から除外する計算除外判定手段と、
を備えることを特徴とする設計支援装置。
A design support device for obtaining an optimum shape of a structure that satisfies a target evaluation index by numerical fluid calculation,
Cell information acquisition means for acquiring a calculation result according to a predetermined analysis parameter and a predetermined rule for each of a plurality of cells constituting the structure model to be analyzed;
Analysis execution means for analyzing the evaluation index based on the calculation results for the plurality of cells;
Analysis history storage means for storing the analysis result of the evaluation index in association with the corresponding analysis parameter;
Similarity determination means for determining whether a new analysis parameter to be newly analyzed and a past analysis parameter that has already been analyzed are similar,
Whether the new analysis parameter is an analysis parameter having low sensitivity to the analysis result of the evaluation index when the similarity determination unit determines that the new analysis parameter is similar to the past analysis parameter Parameter sensitivity determination means for determining whether or not
Calculation exclusion determination means for excluding the new analysis parameter from the target of analysis calculation when the parameter sensitivity determination means determines that the new analysis parameter is an analysis parameter having low sensitivity to the analysis result of the evaluation index; ,
A design support apparatus comprising:
前記解析パラメータに基づいて、複数のセルの変形量を設定するセル変形量設定手段と、
前記セル変形量設定手段により設定された前記変形量に基づいて、前記複数のセルの節点移動を行うモーフィング実行手段とを更に備え、
前記類似判定手段は、前記モーフィング実行手段による前記節点移動の対象領域における節点移動情報と、前記節点移動の前記対象領域と当該節点移動の非対象領域との間の補間領域における節点移動情報とに基づいて、前記新規解析パラメータと前記過去解析パラメータとが類似するか否かを判定することを特徴とする請求項1記載の設計試験装置。
Cell deformation amount setting means for setting the deformation amounts of a plurality of cells based on the analysis parameters;
Morphing execution means for performing node movement of the plurality of cells based on the deformation amount set by the cell deformation amount setting means,
The similarity determination means includes node movement information in the node movement target area by the morphing execution means, and node movement information in an interpolation area between the node movement target area and the node movement non-target area. The design test apparatus according to claim 1, wherein it is determined whether or not the new analysis parameter and the past analysis parameter are similar to each other.
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