一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法技术

本发明专利技术提供一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，首先通过热传导和有限元理论计算出设计域的温度场，根据温度场可以获得热流线，再将热流线视为结构的热传导路径；之后，建立相应的准则将MMC组件附着于结构热传导路径上；以组件周围的温度梯度和高导热实体材料的体积分数上限为依据确定MMC组件的参数信息，形成MMC拓扑优化的初始组件构型；最后，基于MMC框架，对设计结构进行散热拓扑优化。本发明专利技术有效降低了MMC初始组件的数量，提高了优化问题的计算效率，降低了拓扑优化问题中数值迭代的次数，解决了初始构型对优化结果依赖性的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及散热结构优化，具体涉及一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法。

技术介绍

1、高端制造业的快速发展对工程领域热传导结构的要求越来越严格，特别是在航空航天和电子电器领域内，传统对流散热通道结构往往依靠经验的方式进行设计，这会导致结构的重量增加，严重影响了轻量化和微型化方向的发展。这就有必要通过拓扑优化来设计高导热材料的结构分布，使得结构合理布置材料，降低制造成本。

2、移动可变形组件法一种显式拓扑优化方法，通过结构的初始组件能够进行旋转、覆盖、移动以及变形，最终通过优化方法迭代产生最终拓扑结构。该方法相较于隐式拓扑优化方法，消除了棋盘格和灰度单元，具有显式的几何信息，优化后的构型直接与cad进行集成，方便结构后续处理。然而其初始组件的布局会严重影响拓扑优化的过程和结果，有时不利的初始布局，会大大增加优化求解的计算量。

技术实现思路

1、本专利技术是为了解决传统的移动可变形组件法在散热问题中初始组件的布局没有存在物理意义，进而导致设计变量增加和初始组件对优化结果依赖性的问题，提供一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，其特征在于：步骤S1中，所述高导热材料为各向同性高导热材料且导热系数kp为1；有限元分析时使用四节点矩形单元划分网格。

3.根据权利要求1所述的一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，其特征在于：步骤S2包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，其特征在于：步骤S22中，根据结构的热源位置得出以热源周围八节点作为热流线的起点；根据结构的不同的边界条件，得到热流线的终点：当线...

【技术特征摘要】

1.一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，其特征在于：步骤s1中，所述高导热材料为各向同性高导热材料且导热系数kp为1；有限元分析时使用四节点矩形单元划分网格。

3.根据权利要求1所述的一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，其特征在于：步骤s2包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，其特征在于：步骤s22中，根据结构的热源位置得出以热源周围八节点作为热流线的起点；根据结构的不同的边界条件，得到热流线的终点：当线约束时，得出以线约束的局部温度梯度最大值所在位置信息作为热流线的终点；当点约束时，得出以点约束的位置信息作为热流线的终点。

5.根据权利要求3所述的一种基于热传导路径的显式散热拓扑优化方法，其特征在于：步骤s23中，所述结构热流线的起点p0为热源节点位置周围的8个节点，沿着p0处温度梯度方向向量和延伸步长δ得到节点p1的位置信息，p1处的温度梯度方向向量由p1所在四节点矩形单元的四节点进行线性插值函数插值得出。

6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜雯昊，委鹏超，张泽宇，刘平原，谭丰，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：