[发明专利]一种自发热体导热路径的拓扑优化设计方法

摘要

本发明公开了一种自发热体导热路径的拓扑优化设计方法，该方法通过导热路径的自适应生长实现导热路径适应自发热体的实际热载荷逐步生长；每个生长步中，将导热路径的生长解耦为生长方向的计算和生长速率的计算两个子优化问题。设计结果可直接用于导热路径的加工，不需要进行边界识别等后处理操作。为实现导热路径可沿任意方向生长，采用了连续温度场插值的数值处理方法，在减小计算成本的同时保证了设计结果的最优性。本发明可广泛用于具有高生热率/高热流密度的自发热体的导热路径优化设计。

主权项

一种自发热体导热路径的拓扑优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：1)建立自发热体的有限元模型，得到生长区域；以生长区域为基结构，对基结构施加热载荷边界条件；2)导热路径从生长区域内的若干个生长点开始生长，经过多个生长步循环迭代，直至导热路径达到给定的导热材料用量限值，得到自发热体导热路径的拓扑；在导热路径的一个生长步中，将导热路径生长解耦为生长方向的计算和生长速率的计算两个子优化问题，优化求解过程中，将导热路径的节点温度表示为基结构节点温度的加权之和，并计算出导热路径的等效热刚度矩阵，在求解得到最优的导热路径后根据当前生长步中导热路径的导热材料利用情况对生长点进行更新，然后进行下一步生长。