基于热固耦合问题的多尺度拓扑优化设计

来源：计算力学学报杂志2021年第2期北京时间：

作者：魏兆栋,高仁璟,王长生

单位：大连理工大学 汽车工程学院, 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 汽车工程学院, 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 宁波研究院, 宁波 315033,大连理工大学 汽车工程学院, 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 宁波研究院, 宁波 315033

摘要：基于均质材料的拓扑优化逐渐难以适应现代化生产对工业产品高品质、轻量化的需求，同时很多工业设备经常面临着高温和高负载的工作环境。为了提高结构在温度载荷和机械载荷共同作用下的力学性能，本文提出了一种在稳态热源作用下的热固耦合连续体结构并行化拓扑优化方法。以结构刚度作为目标函数，材料的体分比为约束，利用能量均匀化方法预测微结构的等效属性，建立热固耦合结构并行化拓扑优化数学模型。为便于数值计算，利用直接法进行灵敏度分析，同时采用Heaviside非线性密度过滤技术抑制数值不稳定性，将OC准则算法用于求解优化问题。数值算例表明，本文方法能够有效地进行优化设计且能显著地提高结构的刚度性能和散热性能。

关键词：热固耦合结构,能量均匀化方法,等效属性,并行化拓扑优化,微结构,

基金资助：国家自然科学基金（11702055）；中央高校基本科研业务费（DUT20LK31）资助项目.