模具冷却通道截面拓扑优化设计

来源：计算力学学报杂志2019年第5期北京时间：

作者：赵曦,刘义畅,方喆,胡平,周明东

单位：大连理工大学 汽车工程学院, 大连 116024,上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240,上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240,大连理工大学 汽车工程学院, 大连 116024,上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240,上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室, 上海 200240

摘要：本文提出一种模具冷却通道截面设计的拓扑优化方法。根据直通道的特性建立等效的温度场模型，用均匀流体速度场代替湍流流速场，构建对流换热方程，并用第三类边界条件对流道入口温度边界进行描述。建立考虑热应力的热-力耦合模型，对模具结构的热机械性能进行描述。通过引入离散体过滤法得到含圆形通道的截面拓扑，并加入几何约束解决离散体法导致的相混问题。分别以模具表面的平均温度和位移均匀性为优化目标及约束条件，构建拓扑优化列式。通过平顶模具与U型模具设计实例，验证了本文方法的可行性。设计结果表明，本文方法能够得到清晰的拓扑结构，而且优化结果满足给定的管径、管间距及管到模面距离等尺寸约束。

关键词：通道冷却,离散体过滤,拓扑优化,几何约束,热流固耦合,

基金资助：国家自然科学基金（51705311，51790170）；上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室课题（MSVZD201709）资助项目.