从化吊车出租, 吊车出租, 清远吊车出租 电液作动器数字孪生系统的三维仿真模型处理 电静液作动器数字孪生系统中,除一维模型外,还使用了三维有限元模型对样机进行仿真模拟,为满足数字孪生的实时性需求以及系统集成需求,同样需要对模型进行一系列处理。 以永磁同步电机热流耦合有限元仿真为例,当前设备计算能力获取单个工况稳态仿真结果需耗时数小时,因此三维有限元模型暂无法实现与实际样机的同步运行计算,在本文中,选择使用模型降阶方法对原始有限元模型进行一系列处理。
(1)原始有限元模型 :针对永磁同步电机热特性,搭建了热流耦合仿真模型,选取该有限元模型作为原始有限元模型。
(2)多组仿真结果数据场 使用有限元模型,设定多组工况进行计算,并在求解器设置中进行结果导出设置,为后续模型降阶处理提供模型训练样本。
(3)降阶模型训练预测:使用本征正交分解方法(Proper Orthogonal Decomposition,POD)对原始有限元模型进行降阶模型训练。POD 降阶方法可简单概括为从已有数据样本集中提取规范正交基,使该正交基可近似描述原有数据集,进而对原始模型进行低维表达。 通过将多组工况下仿真计算获得的仿真结果作为降阶计算数据集,使用 POD 算法进行降阶计算。
(4)降阶模型(数据驱动)降阶训练后可获得由数据驱动的计算模型,将仿真参数输入即可快速获得降阶模型计算结果。经过训练获得的降阶模型,计算结果中最大误差约为 0.7℃,同时计算时长仅需0.049s,计算速度满足数字孪生系统中的实时性需求。后续通过增加数据训练样本数量可进一步提升降阶模型精度。
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(5)vtu 格式模型:在原始仿真软件后处理模块中,温度场可视化模型可使用 plot 绘图工具进行生成。由于降阶数据模型已脱离原始模型,因此需要选择其他方式实现可视化效果。本文中选择使用 vtu 格式文件作为降阶模型可视化文件。vtu 格式文件包含有网格与数据信息,将降阶模型中温度场数据映射至 vtu 文件各节点,即可实现降阶模型的可视化处理。将原始模型导出为 cgns 格式模型后,使用paraview 软件可对模型进一步进行处理,并导出 vtu格式文件,便于后续对降阶计算获取的数据场进行可视化展示。
(6)可视化展示模型:最终,将降阶计算获得的温度场数据输入导出的 vtu 格式模型,即可实现数字孪生系统中实时计算的温度场模型。
综上所述,经过降阶处理后的有限元模型,计算时长从原有的数小时减少至 0.049 秒,满足了数字孪生系统的实时运行需求。同时,降阶模型还保留了原始模型对局部生热特性的模拟,且计算误差控制在 1℃以内,较好地保留了高精度特性。
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