[发明专利]基于拓扑优化的导冷结构设计方法和装置

说明书

本申请提供一种基于拓扑优化的导冷结构设计方法和装置，方法包括，建立轻量化模型和散热模型；轻量化模型为导冷结构轻量化拓扑优化模型，散热模型为导冷结构散热拓扑优化模型；分别确定轻量化模型的优化条件和散热模型的优化条件；对轻量化模型和散热模型加权得到的多目标加权优化模型进行多目标热力耦合拓扑优化，获得满足设计指标的导冷结构拓扑构型。本方案通过加权轻量化模型和散热模型，实现应力场和温度场耦合优化，从而获得同时满足多个物理场设计指标的构型，提高设计效率。

技术领域

本发明涉及导冷结构设计技术领域，特别涉及一种基于拓扑优化的导冷结构设计方法和装置。

背景技术

超导磁体是指超深冷下用具有高转变温度和临界磁场特别高的第二类超导体制成线圈的一种电磁体。超导磁体所在的超深冷、强磁场、高真空工况下由导冷结构维持。要使超导磁体在消耗更低的电能的同时，实现更高的磁场强度，就需要尽量提高导冷结构的散热效率，并尽量减轻导冷结构的质量。

目前设计导冷结构时一般采用单一物理场设计迭代的方法，例如先基于应力场设计，得到应力场设计指标的导冷结构，再基于温度场设计，以满足温度场设计指标，然而基于温度场设计时容易改动之前基于应力场设计出的参数，导致导冷结构又不满足应力场的设计指标。因此，现有的设计方法需要在不同物理场之间反复迭代，设计效率低。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种基于拓扑优化的导冷结构设计方法和装置，以提供一种高效的导冷结构方案。

本申请第一方面提供一种基于拓扑优化的导冷结构设计方法，包括：

建立轻量化模型和散热模型；其中，所述轻量化模型为导冷结构轻量化拓扑优化模型，所述散热模型为导冷结构散热拓扑优化模型；

确定所述轻量化模型的优化条件，并确定所述散热模型的优化条件；

按预设的加权系数将所述轻量化模型和所述散热模型加权，得到多目标加权优化模型；

对所述多目标加权优化模型进行多目标热力耦合拓扑优化，得到导冷结构拓扑构型；

校核所述导冷结构拓扑构型是否满足设计指标；

若所述导冷结构拓扑构型不满足所述设计指标，返回执行所述对所述多目标加权优化模型进行多目标热力耦合拓扑优化，得到导冷结构拓扑构型，直至获得满足所述设计指标的导冷结构拓扑构型为止。

可选的，所述确定所述轻量化模型的优化条件，包括：

确定所述轻量化模型的拓扑优化域；

加载力学边界条件和热力耦合边界条件；

在材料属性中将杨氏模量、导热系数及热容乘以罚函数；

确定所述轻量化模型的约束条件和最小化总应变能的优化目标。

可选的，所述确定所述散热模型的优化条件，包括：

确定所述散热模型的拓扑优化域；

确定冷量输入端和冷量传输终端，加载温度场边界条件；

在材料属性中将导热系数和热容乘以罚函数；

确定所述散热模型的约束条件和最小化域内几何平均温度的优化目标。

可选的，所述校核所述导冷结构拓扑构型是否满足设计指标之前，还包括：

对所述导冷结构拓扑构型进行平滑处理；

所述校核所述导冷结构拓扑构型是否满足设计指标，包括：

校核平滑处理后的所述导冷结构拓扑构型是否满足设计指标。