传热结构多目标拓扑优化设计研究.pdf

第24卷第5期 　 计 算 力 学 学 报 　 Vol . 2 4 ,No . 5 2007 年 10 月 Chinese Journal of Computational Mechanics October 2007 文章编号 (2007) 传热结构的多目标拓扑优化设计研究 1 1 2 左孔天 , 　赵雨东 , 　陈立平 ( 1. 清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室 ,北京 100084 ; 2 . 华中科技大学 国家 CAD 软件工程技术研究中心 ,武汉 430074) 摘 　要 :深入分析了传热结构多目标拓扑优化设计中的几个关键问题 。提出了基于结构柔度最小化和结构散热 弱度最小化的多目标拓扑优化设计方法 ,建立了传热结构的多目标拓扑优化设计模型 ,推导了传热结构多目标拓 扑优化中用于迭代分析求解的优化准则算法和敏度分析方程 。通过数值计算验证了理论和算法的有效性 。 关键词 :最优结构设计 ;多目标优化 ;拓扑优化 ;优化准则算法 ;传热结构 中图分类号 : T H 11 　　　文献标识码 :A 　　传热结构一方面需要具有足够的可散热性 , 以 1 　引 言 使其能够尽快散热 , 降低整体结构的温度 ,另一方 拓扑优化是结构优化领域研究的热点和难点 面又需要有足够的刚性 , 以保证结构本身在工作中 问题[ 1 ,2 ] 。用拓扑优化方法对传热结构进行设计 的稳定性 。因此对微型柔性机构同时考虑可散热 研究是一种新的思路和方法[ 3 ] 。 性和刚性的多目标优化设计显得非常重要 ,然而 目 传热结构的散热设计在有些情况下非常重要 , 前还未见有关这方面的深入研究和报道 。 如计算机芯片散热装置的设计 、汽车散热结构件的 本文深入研究了传热结构的多目标拓扑优化 设计等 。传统散热装置的设计一般是通过热力学 的理论 , 以 SIM P ( Solid Isot ropic Mat erial wit h 计算进行的。然而不同拓扑结构形式散热器的散 Penalization Mo del) 材料插值方法为基础 ,提出了 同时考虑传热结构的散热弱度和结构柔度的多 目 热效果显然不同 ,如何优化物体的最佳散热拓扑结 标拓扑优化设计方法 , 建立了多 目标拓扑优化模 构 ,是一个很重要的问题 。拓扑优化方法可以用来 [3 ] 型 ,推导了传热结构多目标优化设计的敏度方程和 对结构的最佳散热拓扑结构进行优化设计 ,然后 用于设计变量更新的优化准则算法 ,编制了传热结 根据优化结果设计产品的构形 ,或在优化拓扑结果 构的多目标优化算法 ,通过数值算例对理论和算法 的相应位置上安装散热片和散热装置 , 以加强结构