一种考虑瞬态效应的散热结构导热路径设计的拓扑优化模型

实际工程中,热载荷多数具有短时和周期性特点,瞬态效应显著。目前的散热结构导热路径设计多基于稳态热传导模型,未考虑瞬态效应。本文提出了一种以区域温度控制函数作为设计目标的瞬态热传导问题的拓扑优化模型,能够实现在整个时间历程上特定区域内最高温度最小。使用伴随变量法,推导了目标函数关于设计变量的敏度计算格式。算例表明,基于本文优化模型获得的散热路径设计与基于稳态热传导模型的结果有明显差别,具有更优的散热性能。因此,时变热荷载下的散热结构构型设计需要考虑瞬态响应的影响。     

相变温控导热增强的多孔金属梯度优化设计

高孔隙率金属多孔材料比表面积大、导热性能好且掺混能力强，是理想的相变换热导热增强体材料。增材制造能够精准制备几何高度复杂的微结构，为多孔金属任意梯度设计提供可能。为实现更高的相变换热性能，建立了多孔金属相变温控导热增强的梯度优化设计模型。该优化模型以孔隙率分布为设计变量，以多孔金属用量为约束，以关键位置的温度最低为设计目标，基于考虑相变过程的多孔介质两方程模型为分析方法，通过遗传算法对优化模型进行求解。通过与实验结果的对比，验证了分析方法的有效性。两个具体算例证实了梯度设计能够大幅度提高多孔金属介质导热增强的相变温控性能。     

桁架板等效刚度分析

桁架材料的连续介质等效模型的研究已有相当基础,而工程中桁架材料往往以类板结构形式出现,其变形表现出明显的弯曲特征。将类板桁架材料采用弯曲板模型模拟,研究合理的方法确定等效板模型的刚度具有重要意义。本文在基于Kirchhoff假定的小挠度薄板弹性理论框架下,研究了类板桁架材料的等效弯曲薄板模型,提出了确定薄板模型等效刚度的基于Dirichlet位移边界条件的代表体元法,给出了确定各刚度系数所对应的代表体元的边界位移形式。具体计算了几种典型形式桁架板的等效刚度,并采用有限元离散模型和实验技术分析了桁架板在一定的边界约束和荷载作用下的响应,并与等效板模型的分析结果进行了对比。结果表明,在响应分析中,具有等效刚度的薄板模型可准确模拟类板桁架材料;连续介质板等效刚度计算的积分法不能给出准确的桁架板等效刚度,而基于Dirichlet位移边界条件的代表体元法获得的等效板的刚度具有很高的精度。     

利用Grad-Shafranov重构方法研究磁尾通量绳的特征参量和内部结构

2009年2月21日THEMIS-C卫星在磁尾X=-15.7R_E(R_E为地球半径,1R_E=6371 km)观测到典型的磁通量绳事件.采用Grad-Shafranov 重构技术研究该磁通量绳的特性、内部磁场和电流结构.研究表明,磁通量绳不变轴位于GSM(geocentric solar magnetospheric coordinates)坐标为(-0.3975,0.8905,0.221 关键词： 磁尾 磁通量绳 Grad-Shafranov重构 多X线重联     

基于遗传算法的温差发电系统模块布局优化设计

温差发电在航空航天等极端环境供电和汽车余热利用等领域具有重要的应用,然而低的热电转换效率严重限制了其发展.目前主要从提高材料本身性能和优化热电模块结构两方面提升性能.本文从整体出发,建立了基于遗传算法的温差发电系统模块布局优化设计方法.融合已有的解析模型,发展了能够快速获得系统电输出功率的性能评估方法;通过遗传算法,以...     

基于拓扑优化的机床床鞍创新构型设计

静力特性与动力特性是进行机床关键部件设计必须要考虑的重要方面.基于结构拓扑优化技术,本文建立了两种机床关键部件创新构型(结构形式)设计的数学模型,针对DLH20数控机床床鞍进行了创新设计,获得了新的设计方案.与原有设计方案相比,在质量减少3.34%的情况下,结构的静刚度得到了大幅改善,最大位移降低幅度超过了22%;结构的固有频率也得到不同程度的提高,最高增幅可达24.59%(第三阶固有频率).     

相变温控导热增强的多孔金属梯度优化设计

高孔隙率金属多孔材料比表面积大、导热性能好且掺混能力强,是理想的相变换热导热增强体材料。增材制造能够精准制备几何高度复杂的微结构,为多孔金属任意梯度设计提供可能。为实现更高的相变换热性能,建立了多孔金属相变温控导热增强的梯度优化设计模型。该优化模型以孔隙率分布为设计变量,以多孔金属用量为约束,以关键位置的温度最低为设计目标,基于考虑相变过程的多孔介质两方程模型为分析方法,通过遗传算法对优化模型进行求解。通过与实验结果的对比,验证了分析方法的有效性。两个具体算例证实了梯度设计能够大幅度提高多孔金属介质导热增强的相变温控性能。     

基于拓扑优化的自发热体冷却用植入式导热路径设计方法

对于具有较低导热系数和较高生热率的热源材料(自发热体),通过优化植入内部的高导热材料的布局以降低内部温度,是实现自发热体冷却的重要措施.如何设计自发热体内部高导热材料的布局,是实现热源内部热量高效收集和温度控制的关键问题.本文研究建立植入式导热路径的拓扑优化设计方法,考虑高导热材料的植入对于热源分布的影响,以实现自发热体冷却的内置导热路径最优设计.基于固体各向同性材料惩罚模型(solid isotropic material with penalization,SIMP)拓扑描述方法,以高导热材料的相对密度为导热路径描述参数,分别选择合适的热传导系数和生热率的插值模型以建立热传导系数和生热率与相对密度的关系,并以结构散热弱度最小为目标,建立了植入式导热路径设计的拓扑优化数学模型和求解方法.该优化模型能够反映高导热材料的布局对热源布局的影响.通过具体算例,给出了贴片式散热路径与植入式散热路径的拓扑优化结果.设计结构表明,两种优化模型获得的最优散热构型存在较大不同,并且考虑植入高导热材料对热源布局影响的设计结果散热性能优于贴片式散热路径的设计结果.数值算例验证了本文所提出方法的正确性和有效性.     

Identification of Radial Distance of Plasma Dispersionless Injection Boundary from the Injection Source

Measurements of energetic particles obtained by the two geosynchronous satellites （1991-080 and LANL-97A） are performed to investigate the plasma injection boundary and source region during the magnetospheric substorms. The measurement method is developed to allow remote sensing of the plasma injection time and the radial distance of injection boundaries by using measured energy dispersion and modelling particle drifts within the Volland-Stern electric field and the dipole magnetic field model. The radial distance of the injection boundary deduced from a dispersion event observed by the LANL-97A satellite on 14 June 1998 is 7.1RE, and the injection time agrees well with the substorm onset time identified by the Polar Ultraviolet Imager. The method has been applied to an event happened at 22.9 UT on 11 March 1998, when both the satellites （1991-080 and LANL-97A） observed the dispersionless character. The results indicate that the radial distance of injection source locates at 8.1RE at magnetotail, and particles move earthward from magnetotail into inner magnetosphere at 22.5 UT.     

酞菁配合物掺杂对芘/硅树脂材料光学-氧猝灭特性的影响

基于氧对荧光的猝灭作用, 含荧光探针的高分子复合物已成为定量测定氧浓度或氧分压的新型功能材料. 本工作将酞菁及酞菁的氯铝、镁、硅和铜配位化合物掺杂在芘/聚二甲基硅氧烷光学-氧压传感材料中, 观察了它们的氧猝灭光物理作用. 结果表明, 酞菁配合物掺杂对氧猝灭显示良好的线性响应; 酞菁的硅和铜配合物可有效地增加氧猝灭灵敏度; 而酞菁氯铝降低了氧猝灭的温度系数. 这与发射谱上芘的I₃/I₁值, 芘的微环境极性相对应, 并可归因为芘与酞菁配合物的电子转移性质对荧光猝灭的影响, 以及共轭结构的稳定化和均质化作用.