基于變密度法的熱傳導結構拓撲優(yōu)化設計.pdf

1、在航空航天、汽車工業(yè)、集成電路等制造業(yè)領域中，設備結構的熱防護問題一直是學者們廣泛探討的熱點。傳統(tǒng)基于經驗的結構設計方法已經不能滿足實際工程的需求，拓撲優(yōu)化技術的發(fā)展，為工程熱防護結構的設計開辟了一條新的途徑。
　　本文基于變密度法研究熱傳導結構拓撲優(yōu)化設計，從宏觀和微觀兩個尺度出發(fā)，分別開展了宏觀散熱結構和熱傳導微結構拓撲優(yōu)化設計。在此基礎上，深入研究具有熱傳導性能的多孔結構，實現(xiàn)了熱傳導結構宏微觀多尺度拓撲優(yōu)化設計。主要工作如

2、下：
　　首先，針對變密度法中經常出現(xiàn)的灰度單元，提出了一種新的過濾方法，并應用于宏觀散熱結構的拓撲優(yōu)化設計。該方法是在傳統(tǒng)優(yōu)化準則法中引入敏度過濾和灰度過濾相結合的過濾機制，有效抑制了優(yōu)化過程中灰度單元的產生。同時，將預處理共軛梯度法引入到三維散熱結構的優(yōu)化設計中，極大的提高了優(yōu)化效率。通過二維和三維的算例分析，對所提出方法的有效性進行了驗證。
　　其次，針對多孔結構的可設計性，基于均勻化方法，對微觀尺度下的熱傳導微結構拓

3、撲優(yōu)化設計進行了研究，提出了一種以等效熱傳導系數(shù)的加權組合為目標的優(yōu)化模型，利用改進的優(yōu)化準則法進行了優(yōu)化求解，并采用上述過濾方法抑制了灰度單元的產生。通過四個典型算例對比分析了所提出模型和方法的有效性和合理性。
　　最后，針對上述宏觀結構拓撲優(yōu)化設計和微結構拓撲優(yōu)化設計，研究了熱傳導結構多尺度拓撲優(yōu)化設計，提出了一種基于熱傳導結構的宏觀和微觀多尺度并行優(yōu)化設計方法，利用改進的優(yōu)化準則法進行了優(yōu)化模型的求解，通過算例實現(xiàn)了熱傳導結