Ανάπτυξη λογισμικού μετάβασης από τοπολογία σε σχήμα μέσω αλγορίθμων προέλασης

Τραχανιάς, Ευστράτιος; Trachanias, Efstratios

dc.contributor.author	Τραχανιάς, Ευστράτιος	el
dc.contributor.author	Trachanias, Efstratios	en
dc.date.accessioned	2024-05-31T08:00:36Z
dc.date.available	2024-05-31T08:00:36Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59581
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27277
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Computational Fluid Mechanics	en
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση Τοπολογίας	el
dc.subject	Ισοεπιφάνεια	el
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Topology Optimization	en
dc.subject	Isosurface	en
dc.subject	Marching Cubes	en
dc.subject	Topology to Shape Transition	en
dc.title	Ανάπτυξη λογισμικού μετάβασης από τοπολογία σε σχήμα μέσω αλγορίθμων προέλασης	el
dc.title	Development of a topology to shape transition software through marching algorithms	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Engineering	en
heal.classification	Μηχανολογία	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-03-01
heal.abstract	Η διπλωματική εργασία παρουσιάζει την ανάπτυξη λογισμικού για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων Βελτιστοποίησης Τοπολογίας (ΒεΤο) σε θέματα ρευστομηχανικής/αεροδυναμικής, με σκοπό την αναπαράσταση του τοιχώματος μεταξύ στερεού και ρευστού σε μορφή επιφανειακού πλέγματος. Η ΒεΤο είναι μέθοδος που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της βέλτιστης κατανομής υλικού για συγκεκριμένο στόχο, εντός ενός σχεδιαστικού χωρίου και υπό συγκεκριμένους περιορισμούς. Για τον σκοπό αυτόν, εισάγεται ενα τεχνητό πεδίο πορώδους στις εξισώσεις ροής, εμποδίζοντας τη ροή σε περιοχές που στερεοποιούνται. Παρά τα πλεονεκτήματα της, η μέθοδος αυτή είναι επιρρεπής σε ανακρίβειες λόγω έλλειψης ενός καθορισμένου τοιχώματος μεταξύ του στερεού και του ρευστού, όπου θα επιβληθούν οι οριακές συνθήκες. Η εργασία αντιμετωπίζει το κρίσιμο βήμα της μετάβασης από τα πεδία πορώδους σε επιφανειακά πλέγματα των υπό εξέταση γεωμετριών σε μορφή αρχείων STL, επιτρέποντας την κατασκευή τους ή την αξιολόγησή τους μέσω υψηλής πιστότητας ανάλυσης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (ΥΡ) σε σωματόδετα πλέγματα. Είναι επίσης δυνατή η περαιτέρω βελτίωση της γεωμετρίας μέσω Βελτιστοποίησης Σχήματος. Υιοθετώντας τον αλγόριθμο Marching Cubes, μια διαδεδομένη μέθοδο που αναπτύχθηκε αρχικά για την τριδιάστατη απεικόνιση τομογραφιών, εισάγεται η επέκτασή της στην περίπτωση μη-δομημένων πλεγμάτων με στοιχεία διαφόρω τύπων. Γεννώντας κατ' αυτό τον τρόπο γενικευμένους Αλγορίθμους Προέλασης ικανούς να διαχειρίζονται δομημένα αλλά και μη-δομημένα/υβριδικά πλέγματα. Η υλοποίηση γίνεται σε γλώσσα C++ και είναι πλέον συμβατή με τα λογισμικά Βελτιστοποίησης μέσω ΥΡ (OpenFOAM και οικείο) της Μονάδας Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης ΕΜΠ (ΜΠΥΡ&Β/ΕΜΠ). Το λογισμικό που προγραμματίστηκε πιστοποιείται σε μια σειρά σεναρίων δοκιμής και πραγματικών βιομηχανικών εφαρμογών.	el
heal.abstract	This diploma thesis programs a software tool for post-processing Topology Optimization (TopO) results in Fluid Mechanics, facilitating the transition from the real-valued fluid or solid indicators, known as porosity fields in the design domain of TopO, to explicit surface mesh representations of the corresponding shape. TopO is a powerful tool used to determine the optimal material distribution for a performance objective, within a given design domain and under specific constraints. To do that, an artificial porosity field is introduced in the flow equations, restricting fluid flow in solidified areas of the domain. Despite its many advantages, this technique is prone to inaccuracies due to the lack of an exact interface between the solid and fluid regions, where boundary conditions must be imposed. This thesis addresses the critical step of converting the above mentioned porosity fields into surface meshes in the form of STL files, enabling the manufacturing of designs or their evaluation through Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis on body-fitted grids. Link with an ensuing Shape Optimization (ShpO) is also possible to further refine a design. By adopting the Marching Cubes algorithm, an established framework originally developed for medical data visualization, a methodological innovation is introduced by extending its concept for the case of unstructured/hybrid grids with a variety of elements. This gives rise to generalized Marching Algorithms that are able to handle both structured and unstructured grids. The implementation is performed in C++ and is compatible with the CFD-based Optimization software (OpenFOAM and in-house) of the Parallel CFD & Optimization Unit of NTUA (PCopt/NTUA). The programmed tools are demonstrated through a series of use-case scenarios and real-world industrial applications.	el
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος Χ.	el
heal.advisorName	Giannakoglou, Kyriakos C.	en
heal.committeeMemberName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος Χ.	el
heal.committeeMemberName	Giannakoglou, Kyriakos C.	en
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Mathioudakis, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Aretakis, Nikolaos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	110 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false