SimScale在航空航天的應(yīng)用技術(shù)教程.Tex.header

SimScale在航空航天的應(yīng)用技術(shù)教程1SimScale簡(jiǎn)介1.1SimScale平臺(tái)概述SimScale是一個(gè)基于云的工程仿真平臺(tái)，它允許用戶在云端進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）和有限元分析（FEA）的模擬。這個(gè)平臺(tái)的靈活性和可擴(kuò)展性使其成為航空航天行業(yè)中的理想選擇，因?yàn)樗梢蕴幚韽某醪皆O(shè)計(jì)到詳細(xì)分析的整個(gè)流程，而無(wú)需昂貴的本地硬件。1.1.1特點(diǎn)基于云的計(jì)算：用戶可以利用云的計(jì)算資源，這意味著他們可以運(yùn)行大型和復(fù)雜的模擬，而無(wú)需擔(dān)心本地硬件的限制。多物理場(chǎng)仿真：SimScale支持多種物理場(chǎng)的仿真，包括流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱分析等，這對(duì)于航空航天設(shè)計(jì)中需要考慮的多因素環(huán)境至關(guān)重要。用戶友好的界面：平臺(tái)提供了一個(gè)直觀的用戶界面，使得即使是初學(xué)者也能快速上手，進(jìn)行復(fù)雜的工程分析。協(xié)作與數(shù)據(jù)共享：SimScale允許團(tuán)隊(duì)成員之間輕松共享項(xiàng)目和數(shù)據(jù)，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和知識(shí)共享。1.2航空航天行業(yè)中的CFD與FEA在航空航天領(lǐng)域，CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）和FEA（有限元分析）是設(shè)計(jì)和優(yōu)化飛行器的關(guān)鍵工具。它們幫助工程師預(yù)測(cè)和分析飛行器在不同條件下的性能，從而確保設(shè)計(jì)的安全性和效率。1.2.1CFD在航空航天中的應(yīng)用CFD用于模擬飛行器周圍的氣流，分析其空氣動(dòng)力學(xué)特性，如升力、阻力和穩(wěn)定性。這在設(shè)計(jì)飛機(jī)翼型、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口、評(píng)估飛行器的氣動(dòng)噪聲等方面尤為重要。示例：飛機(jī)翼型的CFD分析#SimScaleCFD分析示例代碼

#導(dǎo)入SimScalePythonSDK

fromsimscale_sdkimport*

#創(chuàng)建項(xiàng)目

project=Project(name="AircraftWingCFDAnalysis")

#定義幾何模型

geometry=GeometryImport(name="Wing",source="STL",file_path="path/to/wing.stl")

#設(shè)置網(wǎng)格

mesh=MeshStandard(name="WingMesh",geometry_id=geometry.id)

#定義物理屬性

material=Material(name="Air",density=1.225,dynamic_viscosity=1.7894e-5)

#設(shè)置邊界條件

boundary_conditions=[

VelocityInlet(name="Inlet",velocity=[0,0,100]),

PressureOutlet(name="Outlet",pressure=0),

Wall(name="WingSurface",friction="noslip")

]

#運(yùn)行CFD分析

analysis=CfdAnalysis(name="WingAnalysis",geometry_id=geometry.id,mesh_id=mesh.id,material_id=material.id,boundary_conditions=boundary_conditions)

#提交項(xiàng)目和分析

project.submit()

analysis.submit()1.2.2FEA在航空航天中的應(yīng)用FEA用于分析飛行器結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，確保它們能夠承受飛行中遇到的各種載荷，如氣動(dòng)載荷、重力和溫度變化。這對(duì)于預(yù)測(cè)材料疲勞、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和確保飛行器的安全性至關(guān)重要。示例：飛機(jī)結(jié)構(gòu)的FEA分析#SimScaleFEA分析示例代碼

#導(dǎo)入SimScalePythonSDK

fromsimscale_sdkimport*

#創(chuàng)建項(xiàng)目

project=Project(name="AircraftStructureFEAAnalysis")

#定義幾何模型

geometry=GeometryImport(name="Structure",source="STEP",file_path="path/to/structure.step")

#設(shè)置網(wǎng)格

mesh=MeshStandard(name="StructureMesh",geometry_id=geometry.id)

#定義材料屬性

material=Material(name="Aluminum",density=2700,youngs_modulus=70e9,poisson_ratio=0.33)

#設(shè)置載荷和約束

loads=[

Force(name="AerodynamicLoad",force=[1000,0,0],reference_area=10)

]

constraints=[

Fixed(name="MountingPoint",entity_ids=[1])

]

#運(yùn)行FEA分析

analysis=FeaAnalysis(name="StructureAnalysis",geometry_id=geometry.id,mesh_id=mesh.id,material_id=material.id,loads=loads,constraints=constraints)

#提交項(xiàng)目和分析

project.submit()

analysis.submit()1.3SimScale在航空航天設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)SimScale在航空航天設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：成本效益：由于基于云的計(jì)算資源，用戶可以避免購(gòu)買和維護(hù)昂貴的硬件，從而顯著降低仿真成本?？焖俚篠imScale的高效計(jì)算能力允許工程師快速迭代設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。全面的分析工具：平臺(tái)提供了廣泛的分析工具，包括CFD和FEA，這使得工程師能夠全面評(píng)估飛行器的性能。易于訪問(wèn)和使用：無(wú)論在何處，只要有互聯(lián)網(wǎng)連接，用戶就可以訪問(wèn)SimScale平臺(tái)，進(jìn)行工程分析。通過(guò)SimScale，航空航天工程師能夠更準(zhǔn)確、更快速地進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證和優(yōu)化，從而推動(dòng)行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。2航空航天CFD模擬2.1飛行器外部流場(chǎng)分析2.1.1原理飛行器外部流場(chǎng)分析是航空航天工程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它主要通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)來(lái)模擬飛行器在不同飛行條件下的氣動(dòng)特性。SimScale平臺(tái)提供了先進(jìn)的CFD工具，能夠精確計(jì)算飛行器周圍的氣流分布、壓力分布、升力、阻力等關(guān)鍵參數(shù)，幫助工程師優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少風(fēng)洞試驗(yàn)次數(shù)，節(jié)省成本。2.1.2內(nèi)容網(wǎng)格生成：在SimScale中，使用自動(dòng)或手動(dòng)網(wǎng)格生成工具，根據(jù)飛行器的幾何形狀生成高質(zhì)量的計(jì)算網(wǎng)格。邊界條件設(shè)置：定義飛行器周圍的流體環(huán)境，包括來(lái)流速度、壓力、溫度等。求解器選擇：根據(jù)分析需求選擇合適的CFD求解器，如RANS模型或LES模型。后處理與結(jié)果分析：通過(guò)SimScale的后處理工具，可視化流場(chǎng)、壓力分布，分析升力、阻力等氣動(dòng)性能。2.1.3示例假設(shè)我們正在分析一架小型無(wú)人機(jī)的外部流場(chǎng)，以下是使用SimScale進(jìn)行CFD模擬的簡(jiǎn)化步驟：1.**上傳幾何模型**：將無(wú)人機(jī)的CAD模型上傳至SimScale平臺(tái)。

2.**網(wǎng)格生成**：選擇自動(dòng)網(wǎng)格生成，設(shè)置網(wǎng)格細(xì)化區(qū)域?yàn)闊o(wú)人機(jī)翼尖和尾翼，以捕捉這些區(qū)域的流場(chǎng)細(xì)節(jié)。

3.**邊界條件**：設(shè)置來(lái)流速度為10m/s，方向與飛行方向一致；環(huán)境壓力為1atm；溫度為20°C。

4.**求解器設(shè)置**：選擇RANS模型中的k-ωSST湍流模型，以平衡計(jì)算精度和效率。

5.**運(yùn)行模擬**：設(shè)置計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)和總時(shí)間，開始模擬。

6.**結(jié)果分析**：在后處理界面中，觀察流線、壓力分布圖，計(jì)算升力和阻力系數(shù)。2.2發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道性能評(píng)估2.2.1原理發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的性能直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和穩(wěn)定性。SimScale的CFD模擬可以評(píng)估進(jìn)氣道在不同飛行條件下的氣流特性，如氣流速度、壓力損失、湍流強(qiáng)度等，確保進(jìn)氣道設(shè)計(jì)滿足性能要求。2.2.2內(nèi)容進(jìn)氣道幾何模型：上傳進(jìn)氣道的詳細(xì)幾何模型。流體動(dòng)力學(xué)分析：設(shè)置邊界條件，包括飛行速度、進(jìn)氣壓力和溫度，進(jìn)行CFD模擬。性能指標(biāo)計(jì)算：計(jì)算進(jìn)氣道的總壓恢復(fù)系數(shù)、流量系數(shù)等關(guān)鍵性能指標(biāo)。湍流分析：評(píng)估進(jìn)氣道內(nèi)部的湍流強(qiáng)度，確保氣流平穩(wěn)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。2.2.3示例以評(píng)估某型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道為例，以下是使用SimScale進(jìn)行性能評(píng)估的步驟：1.**模型準(zhǔn)備**：上傳進(jìn)氣道的CAD模型，確保模型的準(zhǔn)確性和完整性。

2.**網(wǎng)格生成**：使用SimScale的網(wǎng)格生成工具，生成適合進(jìn)氣道內(nèi)部復(fù)雜流場(chǎng)的網(wǎng)格。

3.**邊界條件設(shè)置**：設(shè)置進(jìn)氣道入口的來(lái)流速度為200m/s，環(huán)境壓力為0.1atm，溫度為-20°C。

4.**求解器選擇**：選擇適合高速流動(dòng)的RANS模型，如k-ε模型。

5.**運(yùn)行模擬**：設(shè)置計(jì)算參數(shù)，開始模擬。

6.**結(jié)果分析**：計(jì)算總壓恢復(fù)系數(shù)，分析進(jìn)氣道內(nèi)部的湍流強(qiáng)度分布。2.3熱管理與冷卻系統(tǒng)模擬2.3.1原理航空航天設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，有效的熱管理與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。SimScale的CFD和熱分析工具可以模擬熱流在設(shè)備內(nèi)部的分布，評(píng)估冷卻系統(tǒng)的效率，優(yōu)化熱管理策略。2.3.2內(nèi)容熱源模型：定義設(shè)備內(nèi)部的熱源位置和功率。流體與固體耦合分析：設(shè)置流體和固體材料的熱物理性質(zhì)，進(jìn)行流固耦合分析。冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)：模擬不同冷卻方案的效果，如風(fēng)冷、液冷等。溫度分布與熱應(yīng)力分析：分析設(shè)備內(nèi)部的溫度分布，評(píng)估熱應(yīng)力對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響。2.3.3示例假設(shè)我們需要優(yōu)化一個(gè)衛(wèi)星的熱管理系統(tǒng)，以下是使用SimScale進(jìn)行熱分析的步驟：1.**上傳模型**：將衛(wèi)星的CAD模型上傳至SimScale平臺(tái)。

2.**熱源定義**：在模型中定義電子設(shè)備的位置，設(shè)置其熱功率。

3.**材料屬性設(shè)置**：為衛(wèi)星的各個(gè)部件設(shè)置正確的熱導(dǎo)率、比熱容等熱物理性質(zhì)。

4.**邊界條件**：設(shè)置衛(wèi)星外部的熱環(huán)境，如太空的低溫和太陽(yáng)輻射。

5.**求解器選擇**：選擇適合熱分析的求解器，如ConjugateHeatTransfer模型。

6.**運(yùn)行模擬**：設(shè)置計(jì)算參數(shù)，開始模擬。

7.**結(jié)果分析**：觀察衛(wèi)星內(nèi)部的溫度分布，評(píng)估熱管理系統(tǒng)的效果，優(yōu)化設(shè)計(jì)。以上步驟和示例展示了SimScale在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，通過(guò)CFD和熱分析，工程師可以更深入地理解設(shè)備的氣動(dòng)和熱性能，從而做出更優(yōu)化的設(shè)計(jì)決策。3航空航天FEA分析3.1結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞分析3.1.1原理在航空航天領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞分析是確保飛行器安全性和可靠性的關(guān)鍵步驟。FEA（FiniteElementAnalysis，有限元分析）通過(guò)將復(fù)雜結(jié)構(gòu)分解為許多小的、簡(jiǎn)單的部分（即有限元），然后對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行分析，最終整合結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)整個(gè)結(jié)構(gòu)的行為。疲勞分析則專注于評(píng)估材料在重復(fù)載荷作用下的壽命，這對(duì)于預(yù)測(cè)飛行器的長(zhǎng)期性能至關(guān)重要。3.1.2內(nèi)容材料屬性輸入：在SimScale中，用戶需要輸入材料的彈性模量、泊松比、密度等屬性，以準(zhǔn)確模擬材料的物理行為。載荷與邊界條件：定義作用在結(jié)構(gòu)上的力（如氣動(dòng)載荷、重力）、約束（如固定點(diǎn)）和環(huán)境條件（如溫度）。網(wǎng)格劃分：創(chuàng)建有限元網(wǎng)格，網(wǎng)格的精細(xì)程度直接影響分析的準(zhǔn)確性和計(jì)算時(shí)間。求解設(shè)置：選擇合適的求解器，設(shè)置求解參數(shù)，如非線性分析、接觸分析等。結(jié)果分析：評(píng)估應(yīng)力、應(yīng)變、位移等，使用安全系數(shù)和疲勞壽命預(yù)測(cè)來(lái)確保結(jié)構(gòu)的可靠性。3.1.3示例假設(shè)我們正在分析一個(gè)飛機(jī)翼梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。以下是一個(gè)簡(jiǎn)化版的Python腳本，用于在SimScale平臺(tái)上設(shè)置和運(yùn)行FEA分析：#導(dǎo)入SimScaleAPI庫(kù)

fromsimscale_sdkimport*

#創(chuàng)建項(xiàng)目

project=Project(name="AircraftWingBeamAnalysis")

#設(shè)置材料屬性

material=Material(name="AluminumAlloy",

density=2700,

youngs_modulus=70e9,

poisson_ratio=0.33)

#定義載荷

load=Force(name="AerodynamicLoad",

value=Vector3D(x=0,y=0,z=-1000),

reference_area=10)

#創(chuàng)建網(wǎng)格

mesh=Mesh(name="WingBeamMesh",

algorithm="tetrahedral",

refinement_levels=3)

#設(shè)置求解器

solver=StaticMechanical(name="WingBeamAnalysis",

material=material,

load=load,

mesh=mesh)

#運(yùn)行分析

project.add(solver)

project.run()

#分析結(jié)果

results=project.get_results()

print(results.stress)

print(results.strain)此腳本首先創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，然后定義材料屬性、載荷、網(wǎng)格和求解器。最后，它運(yùn)行分析并打印出應(yīng)力和應(yīng)變的結(jié)果。3.2復(fù)合材料結(jié)構(gòu)評(píng)估3.2.1原理復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度和比剛度，在航空航天中廣泛應(yīng)用。評(píng)估復(fù)合材料結(jié)構(gòu)涉及分析其層合板的性能，包括層間應(yīng)力、損傷預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。FEA可以模擬復(fù)合材料在不同載荷條件下的行為，幫助工程師理解材料的性能并進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。3.2.2內(nèi)容層合板定義：輸入每一層的材料屬性、厚度和方向。損傷模型：選擇合適的損傷模型，如最大應(yīng)力理論、最大應(yīng)變理論或Tsai-Wu準(zhǔn)則。優(yōu)化設(shè)計(jì)：基于分析結(jié)果，調(diào)整層合板的層數(shù)、材料和方向，以達(dá)到最佳性能。3.2.3示例以下是一個(gè)使用Python腳本在SimScale上設(shè)置復(fù)合材料層合板分析的例子：#導(dǎo)入SimScaleAPI庫(kù)

fromsimscale_sdkimport*

#創(chuàng)建復(fù)合材料層合板

composite=CompositeMaterial(name="CarbonFiberReinforcedPolymer",

layers=[

Layer(material="CarbonFiber",

thickness=0.125,

orientation=0),

Layer(material="EpoxyResin",

thickness=0.05,

orientation=90)

])

#設(shè)置損傷模型

damage_model=TsaiWu(name="DamageModel",

composite=composite)

#創(chuàng)建網(wǎng)格

mesh=Mesh(name="CompositeMesh",

algorithm="tetrahedral",

refinement_levels=4)

#設(shè)置求解器

solver=CompositeAnalysis(name="CompositeWingAnalysis",

material=composite,

damage_model=damage_model,

mesh=mesh)

#運(yùn)行分析

project.add(solver)

project.run()

#分析結(jié)果

results=project.get_results()

print(results.layer_stress)

print(results.damage)此腳本定義了一個(gè)復(fù)合材料層合板，包括兩層材料（碳纖維和環(huán)氧樹脂），然后設(shè)置損傷模型、網(wǎng)格和求解器。運(yùn)行分析后，它打印出層間應(yīng)力和損傷預(yù)測(cè)的結(jié)果。3.3振動(dòng)與聲學(xué)特性分析3.3.1原理振動(dòng)與聲學(xué)特性分析對(duì)于理解飛行器在飛行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和噪聲水平至關(guān)重要。FEA可以模擬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模式，預(yù)測(cè)其固有頻率和模態(tài)，同時(shí)評(píng)估聲學(xué)環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。3.3.2內(nèi)容模態(tài)分析：確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振動(dòng)模式。聲學(xué)分析：模擬聲波在結(jié)構(gòu)中的傳播，評(píng)估噪聲水平。結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合分析：結(jié)合模態(tài)和聲學(xué)分析，評(píng)估結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)聲學(xué)環(huán)境的影響。3.3.3示例以下是一個(gè)使用Python腳本在SimScale上進(jìn)行結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合分析的例子：#導(dǎo)入SimScaleAPI庫(kù)

fromsimscale_sdkimport*

#設(shè)置材料屬性

material=Material(name="Titanium",

density=4500,

youngs_modulus=110e9,

poisson_ratio=0.32)

#創(chuàng)建網(wǎng)格

mesh=Mesh(name="AircraftStructureMesh",

algorithm="tetrahedral",

refinement_levels=3)

#設(shè)置模態(tài)分析

modal_analysis=ModalAnalysis(name="AircraftModalAnalysis",

material=material,

mesh=mesh)

#設(shè)置聲學(xué)分析

acoustic_analysis=AcousticAnalysis(name="AircraftAcousticAnalysis",

frequency_range=[100,10000],

mesh=mesh)

#設(shè)置結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合分析

coupled_analysis=CoupledStructuralAcousticAnalysis(name="AircraftCoupledAnalysis",

modal=modal_analysis,

acoustic=acoustic_analysis,

mesh=mesh)

#運(yùn)行分析

project.add(coupled_analysis)

project.run()

#分析結(jié)果

results=project.get_results()

print(results.modal_frequencies)

print(results.sound_pressure)此腳本首先定義材料屬性和網(wǎng)格，然后設(shè)置模態(tài)分析和聲學(xué)分析。最后，它創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)-聲學(xué)耦合分析，運(yùn)行分析并打印出固有頻率和聲壓的結(jié)果。通過(guò)這些示例，我們可以看到SimScale如何在航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用FEA進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、復(fù)合材料評(píng)估和振動(dòng)聲學(xué)特性分析。這些分析對(duì)于設(shè)計(jì)安全、高效和可靠的飛行器至關(guān)重要。4高級(jí)應(yīng)用與案例研究4.1多物理場(chǎng)耦合模擬在航空航天工程中，多物理場(chǎng)耦合模擬是至關(guān)重要的，因?yàn)樗试S工程師同時(shí)考慮多種物理現(xiàn)象，如流體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等，以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和優(yōu)化飛行器的性能。SimScale平臺(tái)提供了強(qiáng)大的工具，能夠處理這些復(fù)雜的多物理場(chǎng)問(wèn)題，通過(guò)耦合不同的求解器，實(shí)現(xiàn)全面的分析。4.1.1原理多物理場(chǎng)耦合模擬基于物理定律的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值方法求解偏微分方程。例如，流固耦合（FSI）模擬中，流體和固體的相互作用通過(guò)Navier-Stokes方程和結(jié)構(gòu)力學(xué)方程的耦合求解來(lái)實(shí)現(xiàn)。SimScale的FSI求解器能夠處理這種耦合，提供飛行器在不同飛行條件下的應(yīng)力、應(yīng)變和流體動(dòng)力學(xué)特性。4.1.2內(nèi)容示例：流固耦合模擬假設(shè)我們正在設(shè)計(jì)一個(gè)新型的飛機(jī)機(jī)翼，需要評(píng)估在高速飛行時(shí)的氣動(dòng)彈性效應(yīng)。以下是一個(gè)使用SimScale進(jìn)行流固耦合模擬的簡(jiǎn)化流程：幾何模型導(dǎo)入：首先，將機(jī)翼的CAD模型導(dǎo)入SimScale平臺(tái)。網(wǎng)格劃分：使用SimScale的網(wǎng)格生成工具，為流體和固體區(qū)域分別生成網(wǎng)格。物理場(chǎng)設(shè)置：定義流體和固體的材料屬性，設(shè)置邊界條件，如來(lái)流速度、壓力和溫度。求解器選擇：選擇SimScale的FSI求解器，設(shè)置求解參數(shù)，如時(shí)間步長(zhǎng)、迭代次數(shù)等。運(yùn)行模擬：在SimScale平臺(tái)上提交模擬任務(wù)，利用云資源進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果分析：分析模擬結(jié)果，包括機(jī)翼的變形、流體壓力分布、氣動(dòng)彈性特性等。代碼示例雖然SimScale主要通過(guò)圖形界面操作，但其API允許用戶通過(guò)編程方式控制模擬。以下是一個(gè)使用Python調(diào)用SimScaleAPI進(jìn)行流固耦合模擬的示例代碼：#導(dǎo)入SimScaleAPI庫(kù)

fromsimscale_sdkimport*

#創(chuàng)建項(xiàng)目

project=Project(name="AerospaceFSISimulation")

api_jects_api.create_project(project)

#導(dǎo)入幾何模型

geometry=GeometryImport(name="WingGeometry",source="CAD")

api_client.geometries_api.create_geometry(geometry)

#設(shè)置流體和固體材料屬性

fluid_material=Material(name="Air",density=1.225,dynamic_viscosity=1.7894e-5)

solid_material=Material(name="Aluminum",density=2700,youngs_modulus=70e9,poisson_ratio=0.33)

api_client.materials_api.create_material(fluid_material)

api_client.materials_api.create_material(solid_material)

#定義邊界條件

boundary_conditions=[

BoundaryCondition(name="Inlet",type="velocity_inlet",velocity=100),

BoundaryCondition(name="Outlet",type="pressure_outlet",pressure=0),

BoundaryCondition(name="WingSurface",type="wall",material="Aluminum")

]

api_client.boundary_conditions_api.create_boundary_conditions(boundary_conditions)

#選擇FSI求解器

fsi_solver=Solver(name="FSISolver",type="fsi",settings={

"time_step":0.01,

"iterations":100

})

api_client.solvers_api.create_solver(fsi_solver)

#提交模擬任務(wù)

simulation_run=SimulationRun(name="FSISimulationRun")

api_client.simulation_runs_api.create_simulation_run(simulation_run)

#等待模擬完成并分析結(jié)果

#注意：實(shí)際代碼中需要處理異步請(qǐng)求和結(jié)果下載4.1.3描述上述代碼示例展示了如何使用SimScaleAPI創(chuàng)建一個(gè)流固耦合模擬項(xiàng)目。從創(chuàng)建項(xiàng)目、導(dǎo)入幾何模型，到設(shè)置材料屬性、邊界條件和選擇FSI求解器，每一步都通過(guò)Python腳本實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這種方式，可以自動(dòng)化模擬流程，提高效率，并便于參數(shù)調(diào)整和結(jié)果比較。4.2優(yōu)化設(shè)計(jì)流程SimScale在航空航天設(shè)計(jì)中，不僅提供模擬工具，還支持設(shè)計(jì)優(yōu)化流程，通過(guò)參數(shù)化研究和多目標(biāo)優(yōu)化，幫助工程師找到最佳設(shè)計(jì)。4.2.1原理設(shè)計(jì)優(yōu)化基于數(shù)學(xué)優(yōu)化算法，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化等，結(jié)合物理模擬結(jié)果，自動(dòng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)以達(dá)到最優(yōu)性能。SimScale的優(yōu)化工具允許用戶定義目標(biāo)函數(shù)和約束條件，自動(dòng)執(zhí)行多輪模擬，尋找滿足要求的設(shè)計(jì)。4.2.2內(nèi)容示例：機(jī)翼形狀優(yōu)化考慮一個(gè)機(jī)翼設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題，目標(biāo)是提高升力同時(shí)減少阻力。以下是一個(gè)使用SimScale進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的簡(jiǎn)化流程：參數(shù)化模型：在SimScale中，使用參數(shù)化工具定義機(jī)翼的幾何參數(shù)，如翼型、翼展等。定義目標(biāo)函數(shù)：設(shè)置升力和阻力作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。設(shè)置約束條件：定義設(shè)計(jì)空間，如翼型參數(shù)的范圍。選擇優(yōu)化算法：使用SimScale的優(yōu)化算法，如遺傳算法。運(yùn)行優(yōu)化：提交優(yōu)化任務(wù)，SimScale將自動(dòng)執(zhí)行多輪模擬，調(diào)整參數(shù)以優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。分析結(jié)果：評(píng)估優(yōu)化后的設(shè)計(jì)，包括升力、阻力和氣動(dòng)效率。代碼示例使用SimScaleAPI進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的示例代碼：#導(dǎo)入SimScaleAPI庫(kù)

fromsimscale_sdkimport*

#創(chuàng)建優(yōu)化項(xiàng)目

optimization_project=OptimizationProject(name="WingShapeOptimization")

api_client.optimization_projects_api.create_optimization_project(optimization_project)

#定義參數(shù)化模型

parameterized_model=ParameterizedModel(name="WingGeometry",parameters=[

Parameter(name="Camber",type="float",min_value=0,max_value=0.1,default_value=0.05),

Parameter(name="Thickness",type="float",min_value=0.1,max_value=0.2,default_value=0.15)

])

api_client.parameterized_models_api.create_parameterized_model(parameterized_model)

#設(shè)置目標(biāo)函數(shù)

objective_functions=[

ObjectiveFunction(name="MaximizeLift",type="maximize",expression="lift"),

ObjectiveFunction(name="MinimizeDrag",type="minimize",expression="drag")

]

api_client.objective_functions_api.create_objective_functions(o