Riba:
- Samun damar yin bayanin yadda ake amfani da AI a cikin saitin, fassarar sakamako da ƙirar ƙira a cikin tsarin haɓaka ruwa mai ƙima (CFD).
- Ikon yin saurin bincika babban sararin ƙira da matsayi na ɗan takara geometries tare da ƙirar tushen koyo na inji
- Ikon tabbatar da abubuwan da ake amfani da su na iska mai ƙarfi na AI tare da haɗuwa, 'yancin kai na hanyar sadarwa, da ma'auni na zahiri.
Yadda fikafike ke samar da ɗagawa, yadda fuselage ke raba iska, yadda yanayin sarrafawa ke karkatar da kwarara; Aerodynamics shine kimiyyar waɗannan runduna marasa ganuwa. Injiniyan yana koyon waɗannan runduna ta hanyoyi biyu: ta hanyar gwaji a cikin ramin iska ko kuma ta hanyar sarrafa ruwa na kwamfuta (CFD; Computational Fluid Dynamics, hanyar da ke warware ma'auni na kwarara a lamba akan hanyar sadarwar kwamfuta). CFD yana da ƙarfi amma yana da tsada: hadadden gudu na iya ɗaukar sa'o'i, har ma da kwanaki, yana ba da ma'anar ƙira ɗaya. Injiniyan da ke son gwada ɗaruruwan ƙira ya shiga cikin matsala a nan.
Ilimin Artificial (AI) yana buɗe wannan ƙulli a wurare biyu. Na farko, a cikin tsarin CFD kanta: sarrafa saitin, fassarar sakamako da rahoto. Na biyu, kuma mafi sauyi, sune samfuran maye (samfurin koyon injin wanda ke koyon alaƙar shigarwa-fitarwa na siminti mai tsada kuma yana ba da hasashen ƙima cikin daƙiƙa). Godiya ga samfurin maye gurbin, ana bincika babban wurin ƙira a cikin daƙiƙa maimakon sa'o'i, an zaɓi ƴan takara masu ƙwarin gwiwa, kuma kawai ana ƙididdige su tare da cikakken CFD tare da babban daidaito. A cikin wannan rukunin, muna kula da ƙa'idar da ba za ta iya canzawa ba yayin shigar da AI a cikin wannan aikin aiki: ba a karɓi ingantaccen sakamako ba tare da nuna haɗin kai da 'yancin kai na hanyar sadarwa ba da wucewa ta hanyar tace plausibility na zahiri.
Concepts: Convergence: Maganin daidaitawa a ƙima akai-akai yayin da abubuwan da suka ci gaba; Idan bai dace ba, sakamakon ba abin dogaro ba ne. Mesh 'yancin kai: Sakamakon baya canzawa sosai lokacin da kuka ƙarfafa cibiyar sadarwar asusu. CL/CD: Ƙaƙƙarfan ɗagawa / ja coefficient; asali ma'auni na aerodynamic yadda ya dace. Samfurin maye: Saurin kwaikwayar siminti.
Wurin AI a cikin CFD Workflow
Gudun CFD ya ƙunshi kusan matakai biyar: shirye-shiryen lissafi, tsara raga, saitin warwarewa, gudu, da aiwatarwa. AI yana taimakawa daban a kowane mataki, amma ba shi da ma'anar ƙarshe akan ɗayansu.
A cikin tsararrun raga, AI na iya kusan ƙididdige tsayin tantanin farko dangane da maƙasudin y+ don ƙudurin iyakar iyaka. Don zaɓin samfurin tashin hankali (misali k-omega SST) a cikin saitin mai warwarewa, yana iya ba da shawarar zaɓuɓɓukan da suka dace da tsarin gudana, tare da hujja. A bayan aiwatarwa, mutum na iya rubuta rubutun Python don cire ɗagawa, ja, da ƙididdiga na lokaci daga dubban layin fayil ɗin sakamako da ƙirƙirar kusurwar makircin kai hari. Amma ko ƙimar y+ da gaske tana kan manufa, ko ƙirar tashin hankali ya dace da wannan kwarara, kuma ko sakamakon ya haɗu ko a'a ana duba shi ta idon injiniyan.
Wurin da aka fi amfani da shi shine sharhin sakamako. Lokacin da ka tambayi AI "me yasa wannan CL-alpha curve ya karye a digiri 14", yana tunatar da ku yiwuwar tsayawa (gudanarwa ya rabu da reshe yayin da kusurwar harin ya karu da raguwa) kuma ya lissafa alamun rabuwa da ya kamata ku duba. Wannan janareta ce ta hasashe; Tabbatarwa yana sake cikin bayanan.
Tsanaki: AI na iya fassara sakamakon CFD da kyau, amma idan sakamakon da kansa ba daidai ba ne, fassarar kuma za ta yi kuskure. Jumlar "Wannan ƙimar ja tana da ma'ana" tana nufin komai idan mafita ba ta haɗu ba. Da farko a duba ingancin lambar, sannan sharhi.
Samfuran Zaɓuɓɓuka: Binciken Sararin Ƙira a cikin daƙiƙa
Hankalin kafa samfurin maye yana da sauƙi. Na farko, samfurin da aka zaɓa a hankali (misali 40-80 maki ƙira; DoE ya rarraba ƙirar gwaji) an ƙididdige shi tare da cikakken CFD. Sa'an nan kuma an horar da samfurin koyon inji (Gaussian process regression/kriging, radial foundation function or neural network) da waɗannan nau'ikan shigarwa-fitarwa. Samfurin yanzu yana annabta CL/CD don sabon lissafi a cikin daƙiƙa. Dubban 'yan takara ne aka duba tare da wannan samfurin mara tsada, kuma 3-5 mafi kyawun ƴan takarar ana sake ƙididdige su kuma an tabbatar da su tare da cikakken CFD.
Muhimmin batu anan shine tazarar amincewa. Samfura kamar Kriging suna ba da tsinkaya ba kawai ba, har ma da yadda suke da kwarin gwiwa a cikin wannan hasashen (rashin tabbas). Rashin tabbas yana girma a yankunan da ke da nisa daga wuraren horo; A can, an ƙara sabon ma'anar CFD maimakon aminta da ƙirar. Wannan "ƙara sabon samfurin inda rashin tabbas ya yi yawa" an san madauki a matsayin ilmantarwa mai aiki kuma yana bincika babban sarari tare da ƙaramin adadin gudu masu tsada.
Hanya
Farashin maki ƙira ɗaya
daidaito
yaushe
Cikakken CFD (RANS)
agogon hannu
babba
Tabbatarwa na ƙarshe, ƙananan adadin 'yan takara
Samfurin maye (kriging)
seconds
Matsakaici (a fannin ilimi)
Babban binciken sararin samaniya, ingantawa
Hanyar panel/ƙananan tsari
seconds-mintuna
ƙananan matsakaici
Kawar da wuri da wuri, m ra'ayi
ramin iska
kwanaki-makonni
mafi girma (na gaske)
Tabbatarwa mai mahimmanci, takaddun shaida
Tukwici: Kada a taɓa yin amfani da samfurin maye a waje da kewayon bayanan horon da aka rufe (extrapolation). Idan an horar da samfurin tare da kusurwar hari na digiri 5-15, ƙimar da yake bayarwa a digiri 25 ba tsinkaya ba ne, amma ƙirƙira. Neman AI don "rubutu kewayon horo kuma su ƙi tambayoyin da ba su da iyaka" lokacin gina samfurin yana rufe wannan tarko.
Rauni mai ƙarfi / Ƙarfi mai ƙarfi
Rawanin faɗakarwa:
Wannan airfoil yayi kyau? Fassara sakamakon CFD dina: CD=0.009.
Ƙarfi mai ƙarfi:
Matsayi: Kai mai ba da shawara ne na nazarin sararin samaniya; kuna amfani da tabbatarwa mai mahimmanci na aminci.Tsarin: 2D airfoil RNS CFD bincike (darajar sune wakilci): Re = 1.5e6, Mach = 0.2, kusurwar harin 4 °, samfurin tashin hankali k-omega SST.Sakamakon: CL=0.62, CD=0.0091. Cibiyar sadarwa: 180k Kwayoyin, y + ~ 1.Task: 1) Lissafin matakan tabbatarwa da nake buƙatar dubawa kafin yin la'akari da sakamakon da ya dace (haɗuwa, 'yancin kai na cibiyar sadarwa, y +) .2) Yi la'akari da rabon CL / CD kuma kwatanta tare da nau'i na yau da kullum don wannan bayanin martaba.3) Nuna yiwuwar kuskuren kuskure idan darajar ta dubi m.Constraint: Rubutun naúrar; Yi alama a inda ba ku da tabbas; Kada ku yanke hukunci na "mai kyau/mara kyau", ba da tsarin tabbatarwa.
Samfuran Sauƙaƙen Kwafi
Samfura 1 - Dalilin saitin CFD:
Ba da shawarar saitin CFD don yanayin kwarara mai zuwa (ƙididdigar wakilci): Re=[...], Mach=[...], lissafi =[...]. Shawarce ni da dalilai masu zuwa: zaɓuɓɓukan ƙirar turbutsin da suka dace, y+ manufa don iyakar iyaka da lissafin tsayin tantanin farko, yanayin iyaka. Ga kowane zaɓi, ƙara bayanin kula na "me yasa" da "a cikin wanne yanayi zai zama kuskure." Rubuta rukunin lambobi.
Samfura 2 - Zane na gwaje-gwaje (DoE) da tsarin ƙirar ƙira:
Ina da [N] masu canjin ƙira: [jeri, tare da jeri]. Don horar da samfurin maye: (a) maki nawa samfurin da kuma wace hanyar samfur (misali Latin Hypercube) kuke ba da shawarar; (b) wane nau'in samfurin maye ya dace kuma me yasa; (c) ta yaya zan inganta samfurin (tabbatar da giciye, saitin gwajin tsaga). Wace doka zan sanya akan haɗarin fitar da ruwa?
Samfura 3 - Rubutun don cire ƙididdiga daga fayil ɗin sakamako na CFD:
Daga rahoton ƙarfin CFD CSV (ginshiƙai: iteration, Fx, Fy, Fz) Tare da Python: (a) lissafta convergedCL da CD ta matsakaicin 500 na ƙarshe; (b) rubuta daidaitattun juzu'i na 500 na ƙarshe da kuma kwatanta shi tare da kofa don bincika haɗuwa; (c) Ƙirar CL-alpha don kusurwar harin. Saita yankin tunani da matsa lamba mai ƙarfi azaman sigogi; Yi bayanin asusun tare da layin sharhi.
Samfura 4 - Tambayar amincewar ƙirar ƙirar ƙira:
Samfurin wakili na kriging da na horar ya ba CL=0.71, rashin tabbas (std) 0.02 don hasashen mai zuwa; Tambayar tambaya ita ce [ciki/ waje] zangon horo.(a) Shin wannan matakin rashin tabbas ya isa a yanke shawara, ta yaya zan yanke shawara? (b) Idan rashin tabbas ya yi yawa, a wane lokaci zan ƙara sabon misalin CFD (hankalin koyo mai aiki)? (c) Yaushe zan tabbatar da wannan hasashen tare da cikakken CFD?
Mini Cases
Hali na 1 - An kama sakamakon da ba a haɗa shi ba. Dalibi ya sami sakamakon CD=0.0065 don foil ɗin iska kuma yana jin daɗi; CD na yau da kullun don ajin bayanin martaba yana cikin kewayon 0.008-0.012, sakamakon yana da kyau sosai. Aiwatar da rajistan haɗin kai wanda AI ya ba da shawara yana nuna cewa ƙarfin ƙarfin har yanzu yana oscillates (daidaituwar 8% na ma'ana) a cikin ƙararrakin ƙarshe. Lokacin da aka haɗa maganin tare da ƙarin maimaitawa, yana daidaitawa a CD = 0.0094. Darasi: sakamako na "mafi kyau" sau da yawa sakamakon rashin haɗuwa ne.
Case 2 - Samfurin Surrogate yana haɓaka da sauri sau 200. Ƙungiya tana gudanar da cikakken CFD guda 60 (~ sa'o'i 2 kowanne) don reshe tare da sigogi na geometric 6 kuma suna horar da samfurin kriging. Sannan yana bincika saitin ɗan takara na 5000 tare da ƙirar wakili a cikin daƙiƙa 40, yana tabbatar da mafi kyawun yan takarar 4 tare da cikakken CFD. Tare da jimlar 64 CFD yana gudana, ƙayyadaddun ƙididdigewa yana daidai da gudu 5000. Tsawon lokacin yana raguwa daga makonni zuwa kwana biyu. Darasi: gudanar da simintin mai tsada kawai a wuraren tabbatarwa, ba a kowane wuri ba.
Case 3 - Extrapolation tarkon. Wani injiniya ya yi tambayar ɗagawa a digiri 18 zuwa samfurin maye wanda aka horar tare da kusurwar digiri 3-12; Samfurin yana ba da ƙimar haɓaka mai sauƙi kamar CL = 1.6. A haƙiƙanin gaskiya, reshe yana rasa riƙewa kusan digiri 15 kuma dagawa yana raguwa, amma samfurin maye yana ƙara shi kai tsaye saboda baya “gani” wannan ilimin kimiyyar lissafi. Injiniyan ya ki amincewa da sakamakon tare da duba lafiyar jiki (tsammanin asarar mannewa) kuma yana gudanar da cikakken CFD zuwa wannan yanki. Darasi: samfurin maye gurbin bai san kimiyyar lissafi fiye da iyakar horonsa ba.
Kuskuren gama gari
- Ba a duba haduwa ba. Ƙididdiga na maganin da ba a haɗa shi ba ba shi da ma'ana; Kyakkyawan jadawali ba garantin haɗuwa ba ne.
- Ketare 'yancin kai na hanyar sadarwa. Idan sakamakon ya dogara da hanyar sadarwar, amsoshi daban-daban suna fitowa tare da cibiyoyin sadarwa daban-daban; Ba za a iya sanin wane ne daidai ba.
- Extrapolation a cikin samfurin maye. Hasashen waje da kewayon horo yana ba da ƙarin ilimin lissafi, ba gaskiya ta zahiri ba.
- Yin watsi da rashin tabbas. Idan ba a yi amfani da bayanan tabbaci na tsinkayar Kriging ba, yankin da samfurin ya fi ƙarfin gwiwa kuma yankin da ba shi da ƙarfin gwiwa ana kula da shi iri ɗaya.
- Zaɓin samfurin tashin hankali ba da gangan ba. Samfurin hargitsin da ba daidai ba yana sa ko da haɗaɗɗiyar mafita mai zaman kanta ta hanyar sadarwa ta zahiri ba daidai ba.
a takaice
CFD kayan aiki ne mai ƙarfi amma tsada; AI yana haɓaka shi daga wurare biyu: sarrafa tsari (shigarwa, sharhi, rubutun) da kuma bincika manyan sararin ƙira a cikin daƙiƙa tare da samfuran maye. An horar da samfurin maye gurbin tare da ƙaramin adadin cikakken gudanar da CFD, ana amfani da shi tare da tazarar amincewa, kuma ƴan takara mafi kyawun dole ne ingantattun su tare da cikakken CFD. Ba a karɓi ingantaccen sakamako ba tare da bincika haɗin kai ba, 'yancin kai na hanyar sadarwa, da kuma dacewa ta zahiri. AI yana ba da hasashe da sauri; Mai hukunci na ƙarshe na kimiyyar lissafi shine bayanai.
Aikin aikace-aikace
Ƙayyade yanayin tafiyar CFD don foil ɗin iska ko sassauƙan lissafi (wakili, ba ainihin bayanan aikin ba). Yin amfani da AI, (a) lissafta matakan tabbatarwa kafin yin la'akari da ingancin sakamakon, (b) buga rubutun Python wanda ke fitar da ƙididdiga daga fayil ɗin sakamako kuma duba layin dabaru ta hanyar layi, (c) shirya shirin gina samfurin maye (samfura nawa, wace hanya, yadda za a inganta). Kwatanta sakamako da kewayo na yau da kullun kuma kimanta ingancinsa.
jerin abubuwan dubawa
- [ ] Na yi rajistar haɗuwa don kowane sakamakon CFD.
- [ ] Na yi tambaya ko an nuna yancin kan hanyar sadarwa.
- [] Na kwatanta ƙididdiga kamar CL/CD zuwa kewayon aji na yau da kullun.
- [ ] Na yi amfani da samfurin maye gurbin kawai a cikin kewayon horo.
- [ ] Na yi la'akari a cikin shawarar rashin tabbas na tsinkayar samfurin maye.
- [ ] Na tabbatar da mafi kyawun 'yan takara tare da cikakken CFD.