中心承力筒是航天器的核心承力骨架，承担着载荷传递、设备安装与箭器对接等关键功能，具有结构形式复杂、设计参数多、迭代频次高的特点，是航天结构设计中典型的“变几何、高迭代”场景。中心承力筒设计中的核心瓶颈之一，是变几何构型带来的迭代难题。工程设计中，中心承力筒壁厚、弹托形式等结构参数频繁变化，衍生出海量几何构型方案。传统有限元需反复修改模型、重构网格，迭代繁琐、周期极长，单次高保真瞬态仿真耗时长达数小时，效率较低。本案例依托Smart-SIM工具，针对性实现变几何下力学响应的秒级预测，高效破解中心承力筒结构设计与校核的低效难题。

01 仿真方案与数据集搭建

       本案例基于智能快速预测工具Smart-SIM V1.0平台完成样本构建、模型训练、模型计算、模型导出全流程操作，搭建数据驱动的AI代理模型，有效替代传统有限元仿真，适配几何变化的工程预测场景。

       本案例数据集由Comsol仿真软件生成173组VTU格式有效样本构成，核心监测物理量为应力与位移。训练前进行全量样本一致性校验，样本查看如图1所示，模型训练资源配置如图2所示。

图1 样本查看图

图2 训练资源配置界面

       样本处理完成后，采用平台专业模式开展模型训练，可自主选择算法类型，精细化设置模型参数与训练参数，适配高精度工程仿真需求，算法设置界面如图3所示。针对中心承力筒几何变化复杂的特点，设置几何与物理场采样点数各50000，保证模型能充分学习不同构型下的力学响应规律；模型采用隐向量维度128、3层隐藏层、每层128个神经元的中等规模结构，兼顾模型表达能力与训练效率，适配4060单卡硬件的算力水平；训练策略上，选用学习率0.0001避免训练震荡，设置迭代步数2000早停步数200防止过拟合，以MSE损失函数保证应力、位移场的整体预测精度。

图3 算法设置界面

02 Smart-SIM 预测效果展示

       Smart-SIM突破传统仿真难以适配变几何批量计算的行业瓶颈，实现仿真效率质的飞跃。传统有限元面对不同中心承力筒几何构型，必须逐一修改模型、划分网格、提交计算，全套流程耗时数小时甚至数天；而训练完成的AI模型，仅更新几何即可秒级输出完整应力、位移场。本案例模型训练时长1.5h（4060单卡），适配工程多变的设计场景。

       训练完成后，用户可直观查看应力、位移两个物理量的数值仿真结果、AI模型计算结果和逐点计算误差，如图4所示，应力最大值偏差不超过5%。

图4 仿真结果和模型计算结果的对比及误差云图

       模型训练过程中损失函数曲线平稳收敛（见图5），表示模型学习充分，具备良好的稳定性与泛化能力。最终测试指标显示如图6所示，模型R²值约为0.96，RMSE、MAE等误差指标均控制在工程可接受区间，精度可靠、误差可控，可替代传统重复性仿真，用于中心承力筒的设计与校核工作。

图5 损失函数变化曲线示意图

图6 总体误差

03 模型复用与离线部署能力

       模型精度验证达到可接受范围后，可直接保存备用如图7，支持全新自定义几何模型导入，真正实现变几何场景的通用化预测。本案例导入全新中心承力筒几何模型，软件可快速输出对应的力学响应结果，可视化云图如图8所示。

图7 模型保存界面

图8 新几何预测结果云图

       同时，Smart‑SIM可将训练完成的模型导出独立EXE程序如图9所示，导出的EXE程序可脱离软件平台，通过命令行调用预测，满足工程自动化批量计算需求。程序最终自动输出VTU格式结果文件，可通过新建工程作为样本导入查看，也可借助第三方可视化工具对结果进行查看，效果如图10所示，在几何相同的情况下，与软件中图8的预测结果一致。

图9 模型导出

图10 第三方后处理软件查看结果云图

04 案例总结

       该中心承力筒力学性能智能预测案例，落地价值清晰，精准解决行业核心痛点：

       1.变几何构型的批量仿真难题，改善传统仿真迭代繁琐、校核周期过长问题，大幅提速中心承力筒结构研发迭代；

       2.仿真效率实现超百倍提升，同时精度在可接受范围，兼顾高效性与可靠性；

       3.模型泛化能力强，可复用性高，可迁移应用于同类航天筒体结构的力学预测场景。

        开放试用

       目前Smart-SIM智能快速预测工具 V1.0 已正式上线，限时免费试用持续开放！

       下载链接：https://www.smartbooks.cn/download

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