W świecie szybko rozwijających się technologii kluczowe znaczenie ma udane i ekonomiczne projektowanie komponentów samochodowych i przemysłowych. Optymalizacja geometrii poszczególnych części złożonych maszyn poprawia wydajność i wydajność całego urządzenia jako całości.
Aby osiągnąć ten cel, w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym często polegają na optymalizacji kształtu - metodzie wykorzystującej modelowanie do tworzenia najprostszych i najbardziej wydajnych struktur stosowanych w produkcji. „Płynniejszy obrót wirnika może zwiększyć efektywność energetyczną”. silnik a jednocześnie zmniejsz niepożądane efekty uboczne, takie jak hałas i wibracje ”, mówi matematyk Ulrich Langer.
Ulrich Langer, profesor Uniwersytetu Kepler w Linzu, wraz z innymi naukowcami z Niemiec i Austrii, jest współautorem artykułu naukowego opublikowanego w SIAM Journal on Scientific Computing , która ujawnia możliwość poprawy wydajności silników elektrycznych poprzez optymalizację kształtu. „Optymalną geometrię silnika, której wcześniej nie można było sobie wyobrazić, można teraz określić”, mówi Langer.
Zadania optymalizacji formularzy są zwykle rozwiązywane poprzez minimalizację funkcji kosztów - matematycznej formuły, która przewiduje straty zgodnie z procesem. Lagner i jego koledzy wykorzystali tę metodę dla wewnętrznego magnesu stałego (IPM) bezszczotkowego silnika elektrycznego, którego warianty są czasami stosowane w pralkach, wentylatorach komputerowych itp. Wirnik silnika zawiera rdzeń żelazny i magnesy trwałe. A ponieważ nie można zmienić geometrii wszystkich elementów wirnika, autorzy zidentyfikowali podregion w żelaznym rdzeniu wirnika, którego kształt można zoptymalizować. W rezultacie opracowano projekt, który pozwala na płynniejszą i bardziej wydajną rotację.
Procedury optymalizacji zaproponowane przez naukowców pochodzą z metod Lagrange przybliżać problemy nieliniowe i zademonstrować skuteczne i dokładne sposoby obliczania pochodnej formy funkcji kosztu. Ta prosta i złożona metoda umożliwia rozwiązywanie nieliniowych równań różniczkowych cząstkowych (PDE) i ogólnych funkcji kosztowych. Ostatecznie ich procedury optymalizacji mogą wykazać 27-procentową redukcję funkcji kosztów silników bezszczotkowych IPM, co wykazano na konkretnym przykładzie pracy naukowej.
Teraz, gdy efektywnie wykorzystali pochodne formy do optymalizacji, naukowcy mają nadzieję udoskonalić swoją metodę dzięki dalszym eksperymentom. „Pracujemy obecnie nad stworzeniem tak zwanej„ pochodnej topologicznej ”w celu rozwiązania takich nieliniowych problemów optymalizacyjnych” - mówi Peter Gangle, jeden ze współautorów pracy. „Ta wartość wskazuje regiony, w których lokalna zmiana materiału doprowadzi do zmniejszenia funkcji celu”.
Zobacz także: Chemicy ulepszyli akumulatory litowo-jonowe, dzięki czemu są bardziej pojemne i przyjazne dla środowiska.
Źródło: connect.siam.org
Podoba Ci się ten artykuł? Udostępnij, a będziesz szczęśliwy!
Ładowanie ...
