优化模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.5 版本为“优化模块”的用户添加了新的内置特征,可进一步简化形状优化设置,并新增了用于对拓扑优化结果进行平滑处理的过滤器数据集,以及用于无导数优化的严格设计约束。请阅读以下内容,进一步了解优化特征的新增功能。

形状优化

您现在可以更轻松地设置形状优化问题。从 5.5 版本开始,您可以使用新的自由形状域 特征选择要进行形状优化的几何部分;可以使用多项式边界自由形状边界 特征指定要优化的边界,这些特征内置了对正则化的支持。不仅如此,您现在还可以使用新的自由形状壳 特征对壳执行形状优化。对称/辊支承 特征可用于指定在平面边界上滑动的点或边。各个特征彼此之间可以进行交互,以确保连续性,并且默认绘图使结果可视化变得更加容易。

以下模型使用了此特征:

在 COMSOL Multiphysics 中建模的扳手,其中显示“自由形状域”设置。 使用“自由形状域”特征 新的 自由形状域形状优化特征的“设置”窗口位于组件定义节点下。

拓扑优化

三维拓扑优化的默认绘图现在使用新的过滤器 数据集,您可以据此直接创建网格零件。通过这种方式,可以将优化的几何图形导入新的组件中,并保留与拓扑优化几何相关的所有选择,从而减少设置拓扑优化结果的验证仿真所需的工作量。新的指定密度 特征与密度模型 特征进行交互,改善了边界附近的正则化过滤器特性。当您基于过滤的场创建网格零件时,这可以增强稳定性。

以下模型使用了这些特征:

从指向 COMSOL Multiphysics 中的“过滤器”数据集的网格零件导入的拓扑优化钢钩设计的几何形状。 基于“过滤器”数据集创建网格零件 当您从指向 过滤器数据集的网格零件导入几何图形时,可以重复使用旧组件中的选择。

参数估计

使用 Levenberg–Marquardt 方法求解参数估计研究时,您可以根据用户定义的置信水平来计算参数的置信区间。在计算区间时,假设测量值是独立的,并且误差呈正态分布。然后,您可以将置信区间与合成数据生成结合起来,以估计所需的样本量,使参数达到一定的精度。

COMSOL Multiphysics UI,显示了模型的置信区间和“优化”研究步骤设置。 参数估计的置信区间 您可以在 优化研究步骤中启用计算参数估计的置信区间。

参数优化

无导数优化求解器现在包含一个严格执行设计约束的选项,可以提高鲁棒性并缩短计算时间。软件不会使用违反约束的控制参数集来计算模型,这些约束仅依赖于控制参数。默认情况下,COBYLA 和 Nelder–Mead 启用了该选项。您可以在 multistudy_bracket_optimization 模型中看到这一新特征的应用演示。

COMSOL Multiphysics 中的支架模型,其中“优化”设置显示了用于防止拓扑变化的设计约束。 参数优化示例 通过定义可防止拓扑变化的设计约束,常常可以使参数优化更加可靠。严格执行设计约束可以改善此类模型的特性。

新的教学案例和 App

5.5 版本新增并更新了多个教学案例和 App。

壳的形状优化

壳的优化设计和初始设计中的 von Mises 应力可视化效果。 优化和初始壳设计 优化(左)和初始(右)壳设计的 von Mises 应力图。

“案例库”标题:
shell_shape_optimization
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扳手的形状优化

扳手模型,其中优化设计显示为红色,原始几何图形显示为灰色。 扳手 优化后的扳手体以红色显示,原始几何图形以灰色显示。

“案例库”标题:
wrench_shape_optimization
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Tesla 微阀的形状优化

经过形状优化的 Tesla 微阀模型,一半用彩色显示,一半为灰色网格。 Tesla 微阀 图中绘制了 Tesla 微阀中变形构型(绿线)中生成的网格和反向流速。

“案例库”标题:
tesla_microvalve_shape_optimization
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MBB 梁的形状优化
MBB 梁的形状,优化的形状显示为红色和黑色,初始设计显示为灰色。 MBB 梁 优化的形状绘制成黑色/红色,初始设计(从拓扑优化)显示为灰色。

“案例库”标题:
mbb_beam_shape_optimization
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挤压 MBB 梁的优化

形状优化的 MBB 梁设计(以红色显示)和拓扑优化(以灰色显示)。 挤压 MBB 梁 拓扑优化结果显示为灰色体,最终的形状优化设计以红色显示。

“案例库”标题:
mbb_beam_extruded_optimization
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优化教学案例
在 COMSOL Multiphysics 中使用二次函数的优化模型。 使用二次函数的优化模型 通过使用取整函数将连续控制转换为离散控制,可以执行离散优化。但是,这样会产生一个局部平坦的函数,使这个问题不适合使用基于梯度的优化器。

“案例库”标题:
optimization_tutorials
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最大限度地增加斜撑的屈曲载荷
斜撑设计的两个版本,其中经过优化的设计将屈曲载荷最大化。 初始和优化的斜撑设计 图中绘制了初始(下)和优化(上)设计在临界载荷因子取最小绝对值时壳的位移情况。

“案例库”标题:
diagonal_brace_buckling_optimization
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梁的参数、形状和拓扑优化
通过三种方式优化梁的设计,以最大程度减少梁的自重。 梁的优化 使用参数(上)、形状(中)和拓扑(下)优化使梁的自重最小化。梁受到分布载荷和位移约束。

“案例库”标题:
beam_optimization
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阻抗管参数估计和数据生成
一维绘图,显示了阻抗管中两个传感器的压力随频率的变化情况。 阻抗管的参数估计 图中绘制了测量和拟合的实际压力随两个传感器频率的变化情况。

“案例库”标题:
impedance_tube_parameter_estimation_data
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声信号分离器的形状优化
声信号分离器模型,其中将声压级分布和强度进行可视化。 声信号分离器 图中绘制了两个频带中心的声压级分布和强度流线。

“案例库”标题:
demultiplexer_shape_optimization
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支架 - 拓扑优化

一个灰色支架设计和一个拓扑优化支架设计,后者使用的材料显著减少。 两个支架设计 原始设计空间和优化结构,后者显示由八种载荷工况之一引起的变形。

“案例库”标题:
bracket_topology_optimization_stl
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