رفتن به محتوای اصلی
x
تصویر

جلسه دفاع پایان ­نامه کارشناسی ارشد (آقای احمد شیروانی)

موضوع: شتاب­دهی روش طراحی معکوس پوسته الاستیک به همراه بهینه ­سازی داده محور توزیع فشار هدف به کمک روش­های یادگیری ماشین و یادگیری عمیق

ارائه دهنده: احمد شیروانی

استادان راهنما: دکتر مهدی نیلی احمدآبادی

استادان داور: دکتر محسن دوازده ‌امامی، دکتر احمدرضا پیشه ­ور

چکيده:

طراحی اشکال آیرودینامیکی با پارامتر­های عملکردی مطلوب یا هندسه بهینه، همیشه به عنوان یک مسئله علمی-کاربردی اساسی مطرح بوده است. لکن، کاهش­­ هزینه محاسباتی روش­های طراحی معکوس یا بهینه­ سازی آیرودینامیکی، همیشه به عنوان یک چالش در حوزة آیرودینامیک مطرح بوده است. امروزه، تلاش ­ها و سرمایه­ گذاری­ های کلانی در زمینة داده محور کردن حل مسائل مختلف متمرکز شده است. در این پژوهش، داده محور کردن طراحی معکوس به منظور شتاب­دهی و کاهش هزینه محاسباتی آن مورد توجه است. به دلیل ارجحیت روش­ های طراحی معکوس آیرودینامیکی تکراری، به دلایل واضحی نظیر قابلیت اعمال ­آن­ها بر جریان­ های پیچیده، در این پژوهش ما از داده ­های تکرار­های گذشته الگوریتم طراحی معکوس پوسته الاستیک برای به دست آوردن یک تخمین مناسب از هندسة هدف و شتاب­دهی به سمت آن استفاده می­ کنیم. بدین منظور از دو مدل یادگیری عمیق متفاوت، یک شبکة FFNN عمیق یا DFNN و یک شبکة LSTM، با آرایش ­ها و حالت­ های ورودی و خروجی متفاوت به منظور شناخت هم رابطه بین توزیع فشار و هندسه و هم روند تغییرات هندسه به سمت هندسه هدف، بهره می ­بریم. آموزش مدل یادگیری ماشین به وسیله داده ­های کسب شده در مراحل اولیه طراحی معکوس انجام می ­گیرد و اعتبارسنجی روش توسعه داده شده با بررسی ایرفویل ­های  متفاوت در یک جریان تراکم پذیر رینولدز بالا، در هر دو رژیم لزج و غیرلزج صورت گرفت. نتایج تا 70 و 80 درصد کاهش در هزینه محاسباتی را به ترتیب برای حالت ­های آفلاین و آنلاین استفاده از ماشین یادگیری با الگوریتم طراحی معکوس را نشان می ­دهند.

روش­ های طراحی معکوس به لحاظ اطمینان از بهینه بودن، دقت و واقعی بودن توزیع فشار هدف، دارای محدودیت­ هستند که مانعی برای توسعه بیش­تر این روش ­ها است. بخش دوم این پژوهش با ترکیب یک روش طراحی معکوس تکراری موسوم به طراحی معکوس پوسته الاستیک و یک شبکه عصبی مصنوعی (ANN) سعی در برطرف کردن چالش ­های مذکور در حین حفظ نقاط قوت طراحی معکوس دارد. پایگاه داده یا دیتابیس توزیع فشار، که توسط حل میدان جریان توسط روش ­های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در طی روند طراحی معکوس به دست آمده است، به منظور آموزش یک مدل یادگیری عمیق برای ارتباط بین توزیع فشار و ضرایب آیرودینامیکی ایجاد شد. سپس، الگوریتم ژنتیک جهت به دست آوردن توزیع فشار بهینه بر روی داده ­های به دست آمده اعمال شد، که تابع هزینه آن توسط شبکه عصبی یا مدل یادگیری عمیق توسعه یافته تعیین می­ شود. به منظور ارزیابی قابلیت ­های ترکیب روش طراحی معکوس- یادگیری ماشین توسعه داده شده، یک ایرفویل توربین باد FX63-137 با مقطع ضخیم به منظور دریافت نسبت ضریب لیفت به درگ بیشینه در یک زاویة حمله مشخص، به عنوان تابع هزینه، بهینه ­سازی شد و توزیع فشار بهینه آن بصورت همزمان یا آنلاین در طی فرایند طراحی معکوس به دست آمد و شبکه عصبی بطور هوشمند توزیع فشارهای غیرواقعی را از روند بهینه سازی حذف کرد. نتایج بهینه ­سازی تا 18% افزایش در نسبت ضریب لیفت به درگ  نسبت به ایرفویل FX63-137 را نشان می­ دهد. علاوه بر این، در طی روند بهینه­ سازی، هندسه ­های متفاوت با نسبت ضریب لیفت به درگ مشابه به دست آمد.

کلمات کليدی: طراحی معکوس، بهینه ­سازی، آیرودینامیک، ایرفویل، دینامیک سیالات محاسباتی، الگوریتم پوسته الاستیک، یادگیری ماشین، یادگیری عمیق، شبکه­ های عصبی مصنوعی، شبکه LSTM، شبکه FFNN، داده محور، شتاب­دهی به کمک یادگیری ماشین، توزیع فشار هدف، الگوریتم ژنتیک

 

 

تحت نظارت وف ایرانی