随着工业和研究领域的工程师着眼于开发他们的物理产品的数字双胞胎——长期目标是与工业物联网(IIoT)集成——预先、准确、实时建模和仿真的关键重要性是显而易见的，以优化制造和产品性能。
实现这一功能的是RBF Morph，该技术嵌入到ANSYS最新发布的R3版本的先进工程软件套件中，特别是ANSYS Twin Builder系统设计工具。RBF Morph也可以作为独立产品使用，它提供了先进的网格变形功能，能够快速预测设计变化的结果。该软件基于径向基函数(RBF)驱动源点及其位移的网格平滑(变形)。
网格变形是降阶建模(ROM)所必需的，它允许基于物理的产品性能和耐久性分析比传统方法更准确，更短的时间内进行。“在ANSYS中开发ROM一直是我们的优先事项，”ANSYS研究总监Michel Rochette说。“将基于物理的理解与制造分析相结合，可以提供解锁数字双胞胎价值的见解。ROM背后的数学技术要求模型中的所有几何参数都具有相同的网格拓扑，而RBF Morph提供了这一点。”
RBF Morph已经在ANSYS Mechanical和ANSYS Fluent CFD能力中提供了好几年。与Twin Builder的新结合强调了该技术对Digital-Twin功能的价值，该功能优化了公司产品和/或设备资产的控制。Rochette说:“如果你想在你的数字孪生方法中包含实时3D模拟，就必须有一个降阶模型所能提供的近似。”“得益于ROM和RBF Morph，工业物联网的未来就建立在这一基础上。”
RBF Morph - RINA的工业应用
RINA是全球领先的工业服务和先进技术工程咨询供应商，与RBF Morph保持合作关系，为产品开发提供基于数字twin的工作流程。(RINA、ANSYS、RBF Morph等公司目前正在合作一个400万欧元的医疗数字双胞胎项目:冥想项目。eu)。
对于一个涡轮叶片项目，RINA正在寻找一种方法来快速预测任何重新设计将如何影响叶片的结构响应和空气动力学。目标是修改叶片根部的弯曲圆角区域，通过限制疲劳来减少应力集中并提高使用寿命。
RINA并没有为每个设计迭代创建新的几何形状、网格和模拟，而是使用RBF Morph，结合ANSYS Mechanical，有效地探索叶片的设计空间，并确定设计变化的影响。
对原叶片进行啮合设计并采用有限元分析(FEA)，计算出叶片的最大主应力约为195 MPa;应力峰值出现在叶片截面有重要几何变化的位置附近。工程师们希望通过在圆角根部采用更大的半径来平滑力和减少峰值应力。
RINA使用的RBF Morph过程包括改变控制圆角形状的两条曲线的位置。首先提取网格节点，以遵循新的圆角形状;工程师们指定了节点如何随着网格的体积沿新的曲线变化而移动。他们还能够定义在变形期间保持固定的节点。通过正确的输入，工程师能够控制变形过程，使体积和表面平滑而正确地变形。最终，125,000个节点在短短15秒内被更新，以适应变形而不会过度降低网格的质量。
在建立了RBF Morph程序后，RINA的工程师利用响应面方法、试验设计(DoE)和平行图对圆角控制点进行了双参数优化。这些工具使工程师能够确定应力分散且峰值较小的最佳叶片设计。结果是:在优化的叶片设计中，应力显著降低了22.5%。
RINA的工业设计和CAE高级工程专家Emiliano Costa说:“我们发现使用RBF Morph是直观、有效和快速的。”“我们现在将RBF Morph纳入我们的设计流程，以帮助我们更快地为客户开发更好的解决方案。”
RBF Morph创始人兼首席技术官Marco Evangelos Biancolini说:“RINA使用这种RBF Morph/ROM形状参数化方法来优化涡轮叶片设计，可以将高保真CAE模拟‘挤压’到实时数字双胞胎中。”“通过工业物联网集成后，该技术最终将用于支持现场设备维护——跟踪性能，预测或检测需要维修或重新设计的磨损部件。”
RBF Morph - SPINNER在医学上的应用
SPINNER是一个由欧洲社区资助的针对早期生物工程研究人员的博士培训项目，目标是培训他们设计下一代脊柱外科修复材料和技术。最近的一个项目专注于计划治疗椎体骨折的手术，这种骨折通常是通过将棒和螺钉直接植入病人的个体椎体来修复的。SPINNER博士候选人Marco Sensale在RBF Morph的支持下进行了敏感性分析，以估计螺钉的大小对螺钉内应力和椎体应变的影响。
Sensale说:“决定商用医用螺钉大小的两个参数是长度和直径，这两个参数必须在为每个病人规划时进行选择。”这种选择通常是基于解剖测量和外科医生的经验。通过对具有不同几何形状的单个脊椎骨和螺钉的数字双胞胎建模，我们可以快速进行模拟，确定不同参数之间的关系将导致特定患者的手术成功。”
Sensale使用RBF技术只更新模型的节点位置，而不是每次改变螺旋长度时都重新划分几何形状。这可以在每次迭代中更快地提供结果。他还以类似的方式模拟了螺钉侧面的偏移量，以探索不同螺杆直径所产生的应力(图B2)。这项正在进行的研究的初步结果表明，在那些直径稍长、稍宽的螺钉中，总应力(MPa)最小。
该研究的另一个分支检测了植入螺钉后椎体本身的最小峰值主应变(图B3)。初步结果表明，当使用稍宽、稍长的螺钉时，骨中应变的百分比最小。
Sensale说，随着研究的进行，“我们正在努力提供定量信息，以支持外科医生的决策，RBF Morph工具为我们的这个项目提供了有价值的工具。”RBF的Biancolini补充说:“感谢为SPINNER项目创建的医疗数字双胞胎，外科医生将能够计划、实践，并为他们治疗的每个患者实现最佳结果。”
可用于商业和学生应用程序
Biancolini是罗马大学机械设计副教授，他很欣赏他的软件应用的广泛范围。“数字双胞胎是各种规模企业的未来，”他说。“现在，大求解器容量和高性能计算可用，并被视为产品设计的标准资源，广泛的行业用户可以利用我们的技术，以闪电般的速度帮助他们优化设计。”
RBF Morph技术提供给ANSYS用户两种产品:ANSYS Mechanical的ACT扩展和ANSYS Fluent的插件。ACT扩展可在ANSYS应用程序商店作为一个商业版本和作为一个免费的版本作为ANSYS的免费学术软件的伴侣。
RBF变形
Rbf-morph.com
了下:3 d CAD世界，学生项目
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