基于显式几何更新算法的地下管道自动形状优化

来源：计算力学学报杂志2023年第1期北京时间：

作者：王中王,武鹏飞,赵娟,陈磊磊,廉浩杰

单位：黄淮学院 建筑工程学院, 驻马店 463003,太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室, 太原 030024,太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室, 太原 030024,信阳师范学院 建筑与土木工程学院, 信阳 464000,黄淮学院 建筑工程学院, 驻马店 463003,信阳师范学院 建筑与土木工程学院, 信阳 464000,太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室, 太原 030024

摘要：基于计算力学中的结构优化思想，应用一种新型的显式几何更新算法，自行编制C++程序，实现地下管道形状设计的自动优化。管道内的流体假设为牛顿不可压缩流，并考虑惯性项。优化区域主要为管道竖直方向和水平方向的过渡段。形状优化的设计变量是几何边界的有限元节点坐标，优化目标是实现流体黏性能耗散的最小化。优化过程基于形状梯度，即通过形状敏感度分析来求解目标函数相对于设计变量的偏导数。所使用的显式几何更新算法既可以通过网格清晰描述形状，也可以大范围地自动更新网格。详细介绍了地下管道自动形状优化过程的关键步骤。通过数值算例探讨了不同注入速度、密度和黏度对其最优形状的影响。

关键词：地下管道,纳维斯托克斯流,黏性能耗散,形状敏感度,自动形状优化,

基金资助：国家自然科学基金（51904202；51904196）资助项目.