基于TPMS胞元的相变-金属复合结构散热拓扑优化设计

来源：计算力学学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：盛子璐,张桂涌,王浥晨,王亚光

单位：大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,北京华航无线电测量研究所, 北京 102445,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024

摘要：随着电子器件向小型化和多功能化方向发展,结构的散热需求迅速增加。相变材料在相变过程中能够吸收大量热量,改善温度调控效果,但其较低的导热率限制了应用范围。为此,本文基于三重周期最小曲面(TPMS)单胞,分析其等效属性与金属骨架体积分数之间的关系,并在此基础上提出了宏微观双尺度优化设计方法。通过密度法,以最小化热柔度为目标,对金属骨架的体积分数分布进行优化。数值结果表明,与相同金属用量的翅片结构相比,该方法在稳态和瞬态传热条件下显著降低了芯片的最高温度和平均温度。研究结果验证了该优化模型的有效性,为复合材料散热结构设计提供了理论依据。

关键词：相变材料,结构散热,拓扑优化,TPMS结构,双尺度优化,