Optimization of simulation model parameters for solidification of metals with use of agent-based evolutionary algorithm

Abstract

The finite elements method (FEM) is currently widely used for simulation of thermal processes. However, one of still unresolved problems remains proper selection of mathematical model parameters for these processes. As far as modelling of cooling casts in forms is concerned, particular difficulties appear while estimating values of numerous coefficients such as: heat transport coefficient between metal and form, specific heat, metal and form heat conduction coefficient, metal and form density. Coefficients mentioned above depend not only on materials properties but also on temperature. In the paper the idea of optimalization of simulation method parameters based on adaptive adjustment of curve representing sim­ulation result and result obtained in physical experiment is presented along with the idea of evolutionary and agent-based evolutionary optimization system designed to conduct such optimizations. Preliminary results obtained with use of ABAQUS system available in ACK CYFRONET and software developed at AGH-UST conclude the paper.

Metoda elementów skończonych (MES) znajduje obecnie liczne zastosowania w symulacji procesów cieplnych. Wciąż jednak nierozwiązalny pozostaje problem doboru niektórych współczynników modeli matematycznych tych procesów. Przy modelowaniu stygnięcia odlewów w formie, szczególne trudności powstają przy wyznaczeniu wartości licznych parametrów, np.: współczynnika transportu ciepła pomiędzy metalem a formą, ciepła właściwego, współczynnika przewodnictwa cieplnego metalu i formy, gęstości metalu i formy. Współczynniki te zależą nie tylko od właściwości materiałów, lecz również od temperatury. W artykule zaproponowano metodę optymalizacji wartości parametrów modelu opartą na adaptacyjnym dostosowaniu krzywej stanowiącej wynik symulacji do przebiegu uzyskanego w eksperymencie fizycznym z zastosowaniem algorytmu ewolucyjnego w wersji agentowej. Wstępne wyniki obliczeń zostały zrealizowane przy wykorzystaniu systemu ABAQUS dostępnego w ACK CYFRONET oraz oprogramowania opracowanego przez AGH-UST.