一种热超构器件及其拓扑优化设计方法与制备方法技术

本发明专利技术属于结构优化相关技术领域，其公开了一种热超构器件及其拓扑优化设计方法与制备方法，该设计方法包括以下步骤：(1)采用全参数各向异性热传导张量空间描述任意混合材料结构的等效热传导张量集合，并确定二相混合材料的全参数各向异性热传导张量空间的大小和形状；(2)基于数值均匀化方法建立优化热超构器件的拓扑功能单胞构型与宏观等效热传导张量之间的关系，进而建立可遍历全参数各向异性空间的拓扑功能单胞设计模型；同时计算待优化热超构器件所需的理论热传导张量；(3)基于拓扑功能单胞设计模型及计算得到的理论热传导张量设计超热构器件的拓扑结构。本发明专利技术可以高效和准确的逆向设计具有特定热传导张量属性的拓扑功能单胞。的拓扑功能单胞。的拓扑功能单胞。

【技术实现步骤摘要】
一种热超构器件及其拓扑优化设计方法与制备方法


[0001]本专利技术属于结构优化相关
，更具体地，涉及一种热超构器件及其拓扑优化设计方法与制备方法。

技术介绍

[0002]热导率作为材料的基础热属性决定了热流在现代工业产品中的扩散路径和大小，然而各向同性的传统自然材料在操纵热流时力不从心。为增强传统自然材料操纵热流的能力，通过将不同的自然材料混合可以产生更大范围的等效热导率，这种方式被广泛应用于热超构材料的设计中。当多种各向同性材料混合时，由于给定材料的体积分数比和热导率不同，等效热导率可以在各给定材料的最大和最小热导率范围内出现一个非均匀的、各向异性的值。通常，热超构材料的超常热功能依赖于各向异性的热传导张量材料参数，而热传导张量各个分量在设计结构时经常是相互依赖的，并被限制在一个有限的参数空间内。
[0003]目前，针对设计全参数各向异性热传导张量空间内特定值的结构，传统的设计方法一般有两种：第一种是基于有效介质理论，通过试错法，使得设计结构的宏观等效属性逐渐逼近目标热传导张量属性，这种方法设计效率和精度低，且受到经验设计的影本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热超构器件的拓扑优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)采用全参数各向异性热传导张量空间描述任意混合材料结构的等效热传导张量集合，并确定二相混合材料的全参数各向异性热传导张量空间的大小和形状；(2)基于数值均匀化方法建立优化热超构器件的拓扑功能单胞构型与宏观等效热传导张量之间的关系，进而建立可遍历全参数各向异性空间的拓扑功能单胞设计模型；同时计算待优化热超构器件所需的理论热传导张量；(3)基于拓扑功能单胞设计模型及计算得到的理论热传导张量设计超热构器件的拓扑结构。2.如权利要求1所述的热超构器件的拓扑优化设计方法，其特征在于：对两相混合材料结构，基于平面中维纳界限内的正交各向异性热传导张量κ
O
，通过旋转计算出各向异性热传导张量κ
A
，继而确定其全参数各向异性热传导张量空间的大小和形状，对应的公式为：κ
A
＝R
T
(θ)κ
O
R(θ),R(θ),R(θ)是旋转矩阵，θ是旋转角度。3.如权利要求2所述的热超构器件的拓扑优化设计方法，其特征在于：正交各向异性的热传导张量与一般各向异性的热传导张量能够相互转换，根据κ
xy
＝0平面内的热传导张量范围即可得到整个空间内的热传导张量范围。4.如权利要求1所述的热超构器件的拓扑优化设计方法，其特征在于：宏观等效热传导张量κ
H
的计算公式为：的计算公式为：式中，是拓扑功能单胞每个有限单元节点上的温度，是由初始独立的测试热流施加后对每个有限单元进行计算得到的；T
e
是局部温度场，是由初始独立的测试热流施加后对整个拓扑功能单胞进行计算得到的；κ(ρ
e
)是每个有限单元的热导率，ρ
e
表示每个单元的密度。5.如权利要求1所述的热超构器件的拓扑优化设计方法，其特征在于：构建单元热导率κ(ρ
e
)和两...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖蜜，沙伟，高亮，黄明喆，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：