Автоматизация, оптимизация и создание прогнозирующей модели в DT Seven (ранее pSeven) на примере электромагнитного расчета

В статье продемонстрирована эффективность инструмента для анализа данных и оптимизации DT Seven в создании автоматизированных расчетных цепочек, интеграции стороннего программного обеспечения и нахождении оптимальных точек для исследуемых изделий.

В качестве объекта исследования был выбран цилиндрический электромагнит в решателе электромагнитного поля Ansys Maxwell. При разработке электромагнитов обычно имеют место такие вопросы, как определение заданного усилия в диапазоне хода якоря с учетом одной или нескольких пружин, изменение массогабаритных характеристик при сохранении мощности, сокращение времени срабатывания, оптимизация работы электромагнита в составе механизма.

Тяговое усилие электромагнита развивается при нарастании магнитного поля в зазоре между якорем и магнитопроводом и сильно связано с большим количеством геометрических переменных, свойствами материалов и обмоточными данными катушки возбуждения. По мере изменения доступной области под катушку (внешний диаметр, внутренний диаметр и высота) выходные параметры также изменяются. Многие пользователи подходят к этому процессу итеративно, вычисляя параметры катушки самостоятельно и вручную обновляя модель FEA.

Первая задача состоит в создании автоматизированной расчетной цепочки для определения геометрических параметров электромагнита, обеспечивающих минимальные омические потери в медном проводе и минимальную массу изделия.

Вторая задача заключается в создании предиктивной модели, заменяющей многочасовые ресурсозатратные вычисления на мгновенные расчеты, точно прогнозирующие результаты.

Данная работа включает этапы по созданию:
•    Конструкции электромагнита в Ansys Maxwell в связке Ansys WorkBench
•    Автоматизированной цепочки
•    Аппроксимационной модели

Особенности решаемых задач:
•    Обратная зависимость оптимизируемых параметров
•    Необходимость в рамках ограниченного числа расчетных итераций получить оптимальную конструкцию электромагнита, которая будет учитывать ограничение на силу, значение которой становится известным только после вычисления в Ansys WorkBench
•    Создание автоматизированной связи между самописным ПО и программой Ansys WorkBench

Решение:
На этапе создания автоматизированной расчетной цепочки (рисунок 2) размещаются следующие блоки:
•    DSE — создает комбинации точек, передаваемых на расчет
•    IN — формирует текстовый файл для передачи в решатель
•    Program — содержит программу, высчитывающую и сохраняющую в текстовый файл число витков, сопротивление катушки и другие параметры
•    OUT — читает сохраненный блоком Program текстовый файл и нужные величины передает в Ansys WorkBench
•    ANSYS — открывает заранее подготовленный проект в Ansys WorkBench, изменяет параметры и производит расчет.