NELLA NOSTRA ATTIVITÀ DI PROGETTISTI
succede frequentemente di dover migliorare un componente esistente.
Sicuramente sarà successo anche a voi di affrontare un problema di questo tipo e normalmente il risultato si ottiene attraverso la definizione di nuove geometrie più performanti, oppure attraverso una riduzione dei pesi che non comprometta la stabilità strutturale.
L’approccio più semplice e comunemente utilizzato è quello trial and error, cioè: applico alcune modifiche, verifico il risultato, raccolgo il feedback, correggo e riprovo ancora. Queste modifiche saranno guidate dall’esperienza pregressa o da valutazioni e stime qualitative.
Affinché questa procedura non si riduca ad una mera perdita di tempo, è necessario che siano soddisfatte alcune circostanze: margini di miglioramento ampi, ridotto incremento prestazionale richiesto e ridotta complessità della fisica del problema. Tuttavia, oggi il mercato chiede di più, chiede maggiori prestazioni a costi contenuti, chiede macchine efficienti e componenti ottimizzati.
COME AFFRONTARE QUESTA SFIDA
in tempi ridotti e con margini sempre più stretti?
SERVONO STRUMENTI AVANZATI DI OTTIMIZZAZIONE
come l'ottimizzazione topologica aero-meccanica che abbiamo applicato in questo caso.
VENIAMO ALL' HOT GAS PATH
della turbina a gas heavy duty che abbiamo recentemente ottimizzato.
Durante l’ attività di redesign dell’hot gas path della turbina a gas heavy duty del nostro cliente, abbiamo impostato un’ ottimizzazione multidisciplinare aero-meccanica per poter trovare rapidamente la geometria ottimizzata garantendo al contempo i vincoli strutturali e di manufacturing.
Si trattava infatti di una pala rotorica e la presenza di canali radiali di raffreddamento imponeva forti vincoli sulla verifica meccanica, gravata anche da frequenze proprie prossime a quelle eccitanti. La soluzione è stata pertanto gestita con un complesso algoritmo genetico di ottimizzazione, coadiuvato da un metamodello a rete neurale.
La procedura di simulazione prevedeva le seguenti fasi:
- generazione della geometria della pala sulla base di un modello parametrico;
- inserimento della pala all’interno di un modello più ampio costituito da tre interi stadi turbina;
- realizzazione automatica di due diverse griglie di calcolo: CFD e FEM;
- verifica aerodinamica, meccanica e valutazione delle funzioni obiettivo.
COSA HA PERMESSO DI OTTENERE
la procedura automatica di ottimizzazione aero-meccanica:
1. Monitoraggio
Monitorare i parametri strutturali e il rispetto dei vincoli grazie alle verifiche meccaniche condotte automaticamente su ogni geometria prodotta dall’algoritmo di ottimizzazione.
2. Time-to-market
Ottenere la riduzione dei tempi di ricerca e sviluppo, evitando lo scambio di geometrie tra il gruppo meccanico e quello aerodinamico.
3. Migliorie
Introdurre alcune funzioni obiettivo di tipo meccanico all’interno della procedura di ottimizzazione, migliorando conseguentemente le specifiche del prodotto finale.
IN CONCLUSIONE
Per intervenire su macchine complesse come una turbina a gas
Occorre tuttavia ricordare che le procedure di ottimizzazione sono strumenti molto potenti che richiedono una gestione attenta di tutti i parametri da parte del progettista.
Il lavoro di quest’ultimo è infatti fondamentale e non bisogna correre il rischio di sottovalutare l’attenta conoscenza degli strumenti di progettazione tradizionale.
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