CN114996780A - 一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，属于结构拓扑优化技术领域，所述方法包括：利用水平集函数描述各热源组件的几何形状，并将其映射成有限元网格上的密度场；建立考虑热源组件的材料插值模型以获取热传导结构的材料热传导系数，将热传导结构的密度场和热源组件的位置方向参数作为设计变量，设置材料体积约束和边界约束，将根据材料热传导系数对应的散热柔度最小作为目标函数，构建热传导结构的拓扑优化模型；其中，边界约束为任一热源组件与其他热源组件、设计域边界、热传导结构均不重叠；更新设计变量以优化热传导结构拓扑和热源组件布局。本发明得到的结构散热柔度更小，能有效提高热传导结构的散热性能。
Description
技术领域
本发明属于结构拓扑优化技术领域，更具体地，涉及一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法。
背景技术
拓扑优化方法因具有较高的设计自由度，可针对给定的设计空间实现尽可能好的散热效果，而广泛用于热传导结构设计。在许多工程结构系统中包含集成的功能组件，这些组件在工作时会产生过多的热量，造成局部温度过高或局部温升过大，从而影响组件的工作性能和系统的可靠性。因此，在设计散热结构时不但需要对热传导结构进行拓扑优化，还需要考虑热源组件布局优化，使结构散热性能得到提高。
针对多组件结构拓扑优化，本领域相关技术人员已做了一些研究，如文献1：“H.H.Gao,J.H.Zhu,W.H.Zhang,Y.Zhou.An improved adaptive constraint aggregationfor integrated layout and topology optimization[J].Computer Methods inApplied Mechanics and Engineering,2015,289:387-408”通过多点约束建立移动组件与支撑结构之间的连接，与有限包络圆法结合实现多组件结构拓扑优化。该方法中用有限包络圆法描述组件，引入的参数过多，计算量较大，且局限于结构的柔度问题。如文献2：“Y.G.Wang,Y.J.Luo,Z.Kang.Integrated design optimization of structuraltopology and heat source layout[J].International Journal of Heat and MassTransfer,2021,169:120943”提出一种结构拓扑和热源布局相结合的优化设计方法，利用速度场水平集方法，考虑多种约束、两类设计变量以及构件界面处的连续性条件，将热柔度和机械柔度的加权线性组合作为目标函数，同时优化热源布局和主体结构拓扑。该方法设计的结构能够在机械性能和热性能之间获得合理的折衷，但存在多个局部最优解，初始条件对优化结果影响较大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其目的在于，通过确定拓扑优化模型中非重叠约束为避免任一热源组件与其他热源组件、设计域边界及热传导结构之间的干涉问题，以建立考虑热源组件布局的热传导结构的拓扑优化模型，最后进行密度过滤，采用移动渐近线法更新拓扑优化模型中设计变量，从而优化热传导结构的材料分布和热源组件的布局，由此解决热传导结构优化效率低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，包括：
S1：利用水平集函数描述散热结构上各个热源组件的几何形状，再将所述热源组件的几何形状映射成有限元网格上的密度场；
S2：建立考虑热源组件的材料插值模型，以获取插值之后的所述热传导结构的材料热传导系数，所述材料插值模型用于表征所述有限元网格上单元的材料热传导系数、所述热传导结构的密度场和所述热源组件的密度场之间的映射关系；
S3：将所述热传导结构的密度场和所述热源组件的位置方向参数作为设计变量，设置材料体积约束和边界约束，将根据所述材料热传导系数计算获得温度场对应的散热柔度作为目标函数，构建所述热传导结构的拓扑优化模型；
其中，所述边界约束为任一热源组件与其他热源组件、设计域边界、热传导结构均不重叠；
S4：更新所述拓扑优化模型中的设计变量，以对所述热传导结构的拓扑和所述热源组件的布局进行优化。
在其中一个实施例中，所述S1包括：
S11：利用水平集函数Φ(x)描述热传导结构上各个热源组件的几何形状；
S12：利用公式
将所述热源组件的几何形状映射为有限元网格上的密度场ηc；Nc为热源组件的数量，Φk为第k个热源组件对应的水平集函数，β为使单元密度趋于0或1的控制变量。
在其中一个实施例中，所述S11包括：
利用公式
描述所述热源组件的几何形状；其中，D为给定的设计域，Ω为热源组件的区域，
为热源组件的区域边界；
当x属于热源组件内部的点时水平集函数Φ(x)＜0；当x属于热源组件边界上的点时Φ(x)＝0；当x属于热源组件外部的点时Φ(x)＞0。
在其中一个实施例中，所述S2包括：
利用公式
建立考虑热源组件和热传导结构的材料插值模型；
其中，K为插值之后的热传导系数，ηe为热传导结构的密度场，ηc,k为由材料k组成的热源组件的密度场，上标p为使单元密度趋于0或1的惩罚因子；Nm为热源组件对应材料的种数，K0为热传导结构的热传导系数，Kc,k为由材料k组成的热源组件的热传导系数。
在其中一个实施例中，所述S3中的所述热传导结构的拓扑优化模型的数学表达式为：
其中，ηe是热传导结构的密度场，Ne为单元数量，s是描述Nc个热源组件对应位置和方向的几何变量，xi为第i个热源组件形心的横坐标，yi为第i个热源组件形心的纵坐标，θi为第i个热源组件相对于水平方向的旋转角度；θi∈[-2π,2π]，Θ为散热柔度对应的目标函数，P为热载荷，K为全局热传导系数矩阵，T为温度场；g1为材料体积约束，g2为避免任一热源组件与其他热源组件、设计域边界之间重叠的约束，g3为避免优化过程中热源组件与热传导结构重叠的约束。
在其中一个实施例中，所述S3中的边界约束的数学表达式为：
其中，ve为单元体积，V0为整个设计域的体积，Vi c为第i个热源组件的体积，Vm为热传导结构的体积。
在其中一个实施例中，所述S4包括：
S41：采用密度过滤技术对所述拓扑优化模型对应的密度场进行过滤；
S42：采用移动渐近线法更新所述拓扑优化模型中的设计变量，从而对所述热传导结构的拓扑和所述热源组件的布局进行优化。
在其中一个实施例中，所述S41包括：
利用公式
进行密度过滤，其中，Hei是权重因子，Hei＝max(0,rmin-Δ(e,i))；rmin是最小过滤半径，Δ(e,i)为单元i的中心与单元e的中心之间的距离；
密度过滤后目标函数关于密度场ηe的灵敏度的表达式为：
在其中一个实施例中，所述S42中移动渐近线法的收敛条件为：
其中，k为当前迭代步数，ε1为热传导结构对应密度场ηe的收敛精度，ε2为几何变量s的收敛精度。
更新后的所述拓扑优化模型对应优化后的所述热传导结构的拓扑和所述热源组件的布局。
按照本发明的另一方面，提供了一种考虑热源组件布局的热传导结构优化系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明通过确定拓扑优化模型中非重叠约束为避免任一热源组件与其他热源组件、设计域边界及热传导结构之间的干涉问题，以建立考虑热源组件布局的热传导结构的拓扑优化模型，最后进行密度过滤，采用移动渐近线法更新拓扑优化模型中设计变量，从而优化热传导结构的材料分布和热源组件的布局。本发明对热源组件布局和热传导结构密度分布进行优化，较之传统的不优化热源组件布局得到的结构散热柔度更小，能有效提高热传导结构的散热性能。
(2)本发明使用水平集函数描述热源组件，并用Heaviside函数将热源组件映射为固定有限元网格上的密度场，引入的参数较少，且避免了优化过程中有限元网格的重划分。
(3)本发明提供的考虑热源组件的材料插值模型，可将多个热源组件和热传导结构的热传导系数联系起来，计算量较小，实现起来更简单。
(4)本发明采用密度过滤技术进行过滤，可有效避免结构优化过程中出现的棋盘格现象，使结构边界清晰。
附图说明
图1为本发明提供的一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法的流程示意图；
图2为本发明所构建的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化的示意图；
图3为本发明所构建的热源组件非重叠约束示意图；
图4为本发明所构建的热传导结构设计域、热源组件初始布局及边界条件示意图；
图5为本发明所构建的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化过程的迭代曲线示意图；
图6为本发明所构建的考虑热源组件布局的热传导结构优化结果及其温度分布示意图；
图7为本发明所构建的热源组件固定的热传导结构优化结果及其温度分布示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，包括：S1：利用水平集函数描述散热结构上各个热源组件的几何形状，再将热源组件的几何形状映射成有限元网格上的密度场；S2：建立考虑热源组件的材料插值模型，以获取插值之后的热传导结构的材料热传导系数，材料插值模型用于表征所述有限元网格上单元的材料热传导系数、热传导结构的密度场和热源组件的密度场之间的映射关系；S3：将热传导结构的密度场和热源组件的位置方向参数作为设计变量，设置材料体积约束和边界约束，将根据材料热传导系数计算获得温度场对应的散热柔度最小作为目标函数，构建热传导结构的拓扑优化模型；其中，边界约束为任一热源组件与其他热源组件、设计域边界、热传导结构均不重叠；S4：更新拓扑优化模型中的设计变量，以对热传导结构的拓扑和热源组件的布局进行优化。
在其中一个实施例中，S4包括：采用密度过滤技术对拓扑优化模型对应的密度场进行过滤，采用移动渐近线法更新拓扑优化模型中的设计变量，从而对热传导结构的拓扑和热源组件的布局进行优化。
在其中一个实施例中，S1包括：
S11：利用水平集函数Φ(x)描述热传导结构上各个热源组件的几何形状；
S12：利用公式
将热源组件的几何形状映射为有限元网格上的密度场ηc；Nc为热源组件的数量，Φk为第k个热源组件对应的水平集函数，β为使单元密度趋于0或1的控制变量。
在其中一个实施例中，所述S11包括：
利用公式
描述所述热源组件的几何形状；其中，D为给定的设计域，Ω为热源组件的区域，
为热源组件的区域边界；
当x属于热源组件内部的点时水平集函数Φ(x)＜0；当x属于热源组件边界上的点时Φ(x)＝0；当x属于热源组件外部的点时Φ(x)＞0。
在其中一个实施例中，S2包括：
利用公式
建立考虑热源组件和热传导结构的材料插值模型；
其中，K为插值之后的热传导系数，ηe为热传导结构的密度场，ηc,k为由材料k组成的热源组件的密度场，上标p为使单元密度趋于0或1的惩罚因子；Nm为热源组件对应材料的种数，K0为热传导结构的热传导系数，Kc,k为由材料k组成的热源组件的热传导系数。
在其中一个实施例中，S3中的热传导结构的拓扑优化模型的数学表达式为：
其中，ηe是热传导结构的密度场，Ne为单元数量，s是描述Nc个热源组件对应位置和方向的几何变量，xi为第i个热源组件形心的横坐标，yi为第i个热源组件形心的纵坐标，θi为第i个热源组件相对于水平方向的旋转角度；θi∈[-2π,2π]，Θ为散热柔度对应的目标函数，P为热载荷，K为全局热传导系数矩阵，T为温度场；g1为材料体积约束，g2为避免任一热源组件与其他热源组件、设计域边界之间重叠的约束，g3为避免优化过程中热源组件与热传导结构重叠的约束。
在其中一个实施例中，S3中的边界约束的数学表达式为：
其中，ve为单元体积，V0为整个设计域的体积，Vi c为第i个热源组件的体积，Vm为热传导结构的体积。
在其中一个实施例中，S41包括：
利用公式
进行密度过滤，其中，Hei是权重因子，Hei＝max(0,rmin-Δ(e,i))；rmin是最小过滤半径，Δ(e,i)为单元i的中心与单元e的中心之间的距离；
密度过滤后目标函数关于密度场ηe的灵敏度的表达式为：
在其中一个实施例中，S42中移动渐近线法的收敛条件为：
其中，k为当前迭代步数，ε1为热传导结构对应密度场ηe的收敛精度，ε2为几何变量s的收敛精度。
举例来说，待优化的散热结构，其矩形设计域的尺寸大小为0.1m×0.1m，在设计区域中分布四个相同尺寸的矩形热源组件，热源组件长L＝0.01m，宽W＝0.012m，将设计域离散为100×100个有限元单元，结构的四个顶点为恒温边界T＝T0。以设计域左下角顶点为原点建立坐标系，四个热源组件在有限元网格中的初始位置横纵坐标和旋转角度分别为(33.3,66.7,0)、(33.3,33.3,0)、(66.7,33.3,0)和(66.7,66.7,0)，角度采用弧度制。四个热源组件由同一种材料组成，其热传导系数Kc＝50W/(m·K)，热源组件产生的热量为Qc＝500W/m2，热传导结构材料的热传导系数Ke＝150W/(m·K)。热源组件材料和热传导结构材料的总体积分数为40％。
如图1所示，本发明提供的一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法包括如下步骤：
步骤一，使用水平集函数描述热源组件的几何形状，并通过Heaviside函数将热源组件映射为固定有限元网格上的密度场，具体包括以下子步骤：
(1.1)使用水平集函数描述热源组件的几何形状，对应的表达式为：
其中，D为给定的设计域，Ω为热源组件的区域，
为热源组件的区域边界。当x属于组件内部的点时，水平集函数Φ(x)＜0；当x属于组件边界上的点时，水平集函数Φ(x)＝0；当x属于组件外部的点时，水平集函数Φ(x)＞0。
对于矩形组件，其水平集函数可表示为：
上式中，l0和t0分别为矩形组件长和宽的1/2，(x0,y0)为矩形组件的形心坐标，θ0为矩形组件相对于水平方向的旋转角度。
(1.2)采用Heaviside函数将热源组件映射为固定有限元网格上的密度场，所用的表达式为：
其中，ηc为热源组件密度场，Nc为热源组件的数量，Φk为第k个热源组件对应的水平集函数，β为使单元密度趋于0或1的控制变量，一般β＝2～6。
步骤二，构造考虑热源组件和热传导结构的材料插值模型，将单元内材料热传导系数与热传导结构和热源组件的密度场联系起来，对应的表达式为：
其中，K为插值之后的热传导系数，ηe为热传导结构的密度场，ηc,k为由材料k组成的热源组件的密度场，Nm为热源组件材料相的数量，K0为热传导结构材料的热传导系数，Kc,k为由材料k组成的热源组件的热传导系数，p为使单元密度趋于0或1的惩罚因子，一般p＝3。当所有热源组件由同一种材料组成时，热传导系数的插值公式为：
其中，ηe和ηc分别为热传导结构和热源组件的密度场，K0和Kc分别为热传导结构和热源组件的热传导系数。
步骤三，将描述热传导结构拓扑的材料相对密度和描述热源组件位置的几何变量作为设计变量，以材料体积分数和任一热源组件与其他热源组件、设计域边界及热传导结构之间的不重叠为约束函数，以散热柔度最小化为优化目标，建立考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化模型，具体包括以下子步骤：
(3.1)建立非重叠约束以避免任一热源组件与其他热源组件、设计域边界及热传导结构之间的干涉问题，对应的表达式为：
其中，Ne为单元数量，ve为单元体积，V0为整个设计域的体积，Vi c为第i个热源组件的体积，Vm为热传导结构的体积。
(3.2)建立考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化模型，对应的数学表达式为：
其中，ηe是热传导结构拓扑的材料相对密度，s是描述热源组件位置和方向的几何变量，向量s包括热源组件形心的横坐标、纵坐标和热源组件相对于水平方向的旋转角度，即si＝(xi,yi,θi)，smin和smax为设计变量s的上下限，其中坐标变量xi和yi的上下限取决于第i个热源组件和设计域的大小或可人为预先给定，θi∈[-2π,2π]，Θ为结构的散热柔度目标函数，P为热载荷，K为全局热传导系数矩阵，T为温度场，g1为材料体积约束，g2为避免任一热源组件与其他热源组件、设计域边界之间重叠的约束，g3为避免优化过程中热源组件与热传导结构重叠的约束。
(3.3)根据热源组件材料的热生成速率计算热载荷，具体的表达式为：
其中Qk为材料k的热生成速率，ηc,k为由材料k组成的热源组件对应的密度场。
步骤四，采用密度过滤技术进行过滤，采用移动渐近线法更新设计变量，同时优化热传导结构拓扑和热源组件布局。具体包括以下子步骤：
(4.1)采用密度过滤技术进行过滤，以抑制优化过程中出现的“棋盘格”现象。
具体地，密度过滤后热传导结构密度场ηe的表达式为：
其中，γ是为避免被零除而引入的一个小正数，一般γ＝0.001；Ne是单元i中心与单元e的中心距离Δ(e,i)小于过滤半径rmin的单元集合，Hei是权重因子，对应的表达式为：
Hei＝max(0,rmin-Δ(e,i))；
具体地，密度过滤后目标函数关于设计变量ηe的灵敏度的表达式为：
(4.2)采用移动渐近线法更新设计变量，将计算得到的目标函数及其对设计变量的灵敏度、约束函数及其对设计变量的灵敏度带入优化器中，更新热传导结构密度场和热源组件位置参数。
(4.3)根据两步迭代之间设计变量的改变值构造收敛条件，对应的表达式为：
其中，k为当前迭代步数，ε1为密度变量ηe的收敛精度，ε2为几何变量s的收敛精度。只有当以上两个收敛条件都满足时，优化过程结束，得到优化结果。
请参阅图2至图7，以下以内嵌四个矩形热源组件的热传导结构的设计来进一步说明本发明。
如图2所示为考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化示意图。其中Ωh为热传导结构区域，Ωi c为第i个热源组件。
如图3所示为热源组件非重叠约束示意图；其中，图3中的(a)满足非重叠约束，图3中的(b)不满足非重叠约束。在优化过程中需将热源组件限制在设计域内，并且避免热源组件之间的重叠。
如图4所示为热传导结构设计域、热源组件初始布局及边界条件示意图。设计域为0.1m×0.1m的矩形散热结构，四个矩形热源组件长L＝0.01m，宽W＝0.012m，设计域离散为100×100个有限元单元，结构的四个顶点为恒温边界T＝T0。四个热源组件的初始位置横纵坐标和旋转角度分别为(33.3,66.7,0)、(33.3,33.3,0)、(66.7,33.3,0)和(66.7,66.7,0)。热源组件的热传导系数Kc＝50W/(m·K)，产生的热量为Qc＝500W/m2，热传导结构材料的热传导系数Ke＝150W/(m·K)。热源组件和热传导结构材料的总体积分数为40％。
如图5所示为热传导结构优化过程的迭代曲线示意图。
图6中的(a)为考虑热源组件布局的热传导结构优化结果，图6中的(b)为其对应的温度分布，四个热源组件的位置具体坐标和旋转角度分别为(13.56,86.44,-5.37)、(13.56,13.56,5.37)、(86.44,13.56,-5.37)和(86.44,86.44,5.37)，结构的散热柔度为786.1。图7中的(a)为热源组件固定的热传导结构优化结果，图7中的(b)为其对应的温度分布。四个热源组件位置固定为(33.3,66.7,0)、(33.3,33.3,0)、(66.7,33.3,0)和(66.7,66.7,0)，优化后结构的散热柔度为1120.3。由此可知，本发明所提供的一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，可以同时对热传导结构与热源组件布局进行优化，优化结构的散热性能明显优于只对热传导结构进行优化得到的结构。
本发明还提供一种考虑热源组件布局的热传导结构优化系统，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其特征在于，包括：
S1：利用水平集函数描述散热结构上各个热源组件的几何形状，再将所述热源组件的几何形状映射成有限元网格上的密度场；
S2：建立考虑热源组件的材料插值模型，以获取插值之后的所述热传导结构的材料热传导系数，所述材料插值模型用于表征所述有限元网格上单元的材料热传导系数、所述热传导结构的密度场和所述热源组件的密度场之间的映射关系；
S3：将所述热传导结构的密度场和所述热源组件的位置方向参数作为设计变量，设置材料体积约束和边界约束，将根据所述材料热传导系数计算获得温度场对应的散热柔度作为目标函数，构建所述热传导结构的拓扑优化模型；
其中，所述边界约束为任一热源组件与其他热源组件、设计域边界、热传导结构均不重叠；
S4：更新所述拓扑优化模型中的设计变量，以对所述热传导结构的拓扑和所述热源组件的布局进行优化。
2.如权利要求1所述的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其特征在于，所述S1包括：
S11：利用水平集函数Φ(x)描述热传导结构上各个热源组件的几何形状；
S12：利用公式
将所述热源组件的几何形状映射为有限元网格上的密度场ηc；Nc为热源组件的数量，Φk为第k个热源组件对应的水平集函数，β为使单元密度趋于0或1的控制变量。
3.如权利要求2所述的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其特征在于，所述S11包括：
利用公式
描述所述热源组件的几何形状；其中，D为给定的设计域，Ω为热源组件的区域，
为热源组件的区域边界；
当x属于热源组件内部的点时水平集函数Φ(x)＜0；当x属于热源组件边界上的点时Φ(x)＝0；当x属于热源组件外部的点时Φ(x)＞0。
4.如权利要求1所述的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其特征在于，所述S2包括：
利用公式
建立考虑热源组件和热传导结构的材料插值模型；
其中，K为插值之后的热传导系数，ηe为热传导结构的密度场，ηc,k为由材料k组成的热源组件的密度场，上标p为使单元密度趋于0或1的惩罚因子；Nm为热源组件对应材料的种数，K0为热传导结构的热传导系数，Kc,k为由材料k组成的热源组件的热传导系数。
5.如权利要求1所述的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其特征在于，所述S3中的所述热传导结构的拓扑优化模型的数学表达式为：
其中，ηe是热传导结构的密度场，Ne为单元数量，s是描述Nc个热源组件对应位置和方向的几何变量，xi为第i个热源组件形心的横坐标，yi为第i个热源组件形心的纵坐标，θi为第i个热源组件相对于水平方向的旋转角度；θi∈[-2π,2π]，Θ为散热柔度对应的目标函数，P为热载荷，K为全局热传导系数矩阵，T为温度场；g1为材料体积约束，g2为避免任一热源组件与其他热源组件、设计域边界之间重叠的约束，g3为避免优化过程中热源组件与热传导结构重叠的约束。
6.如权利要求5所述的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其特征在于，所述S3中的边界约束的数学表达式为：
其中，ve为单元体积，V0为整个设计域的体积，Vi c为第i个热源组件的体积，Vm为热传导结构的体积。
7.如权利要求1所述的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其特征在于，所述S4包括：
S41：采用密度过滤技术对所述拓扑优化模型对应的密度场进行过滤；
S42：采用移动渐近线法更新所述拓扑优化模型中的设计变量，从而对所述热传导结构的拓扑和所述热源组件的布局进行优化。
8.如权利要求7所述的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其特征在于，所述S41包括：
利用公式
进行密度过滤，其中，Hei是权重因子，Hei＝max(0,rmin-Δ(e,i))；rmin是最小过滤半径，Δ(e,i)为单元i的中心与单元e的中心之间的距离；
密度过滤后目标函数关于密度场ηe的灵敏度的表达式为：
9.如权利要求7所述的考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法，其特征在于，所述S42中移动渐近线法的收敛条件为：
其中，k为当前迭代步数，ε1为热传导结构对应密度场ηe的收敛精度，ε2为几何变量s的收敛精度；
更新后的所述拓扑优化模型对应优化后的所述热传导结构的拓扑和所述热源组件的布局。
10.一种考虑热源组件布局的热传导结构优化系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210489401.2A CN114996780B (zh) | 2022-05-06 | 一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210489401.2A CN114996780B (zh) | 2022-05-06 | 一种考虑热源组件布局的热传导结构拓扑优化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114996780A true CN114996780A (zh) | 2022-09-02 |
| CN114996780B CN114996780B (zh) | 2024-07-02 |
Family
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3647973A1 (en) * | 2018-11-04 | 2020-05-06 | Dassault Systèmes | Designing a mechanical part with topology optimization |
| CN112966410A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-06-15 | 西安交通大学 | 一种适应于临界角可变的增材制造自支撑结构拓扑优化方法 |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN112966410A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-06-15 | 西安交通大学 | 一种适应于临界角可变的增材制造自支撑结构拓扑优化方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈拥平;高亮;肖蜜;: "基于变密度法的散热结构拓扑优化设计", 计算机集成制造系统, no. 01, 15 January 2018 (2018-01-15) * |
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