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多相材料传热微结构的多目标优化设计
引用本文:王凤稳,张卫红,孙士平,龚晓路.多相材料传热微结构的多目标优化设计[J].力学学报,2007,39(5):708-714.
作者姓名:王凤稳  张卫红  孙士平  龚晓路
作者单位:1. 西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,西安,710072
2. 法国特鲁瓦技术大学,机械系统与并行工程实验室
基金项目:国家自然科学基金,航空基础科学基金,国家重点基础研究发展计划(973计划),教育部高等学校博士学科点专项科研基金,国家高技术研究发展计划(863计划),高等学校学科创新引智计划,陕西省科技计划
摘    要:提出基于散热弱度的材料微结构热传导性能的预测方法,分别从理论和数值上验证该方法与均匀化方法的等效性;推导出微结构等效热传导系数的灵敏度计算格式,建立传热微结构拓扑优化的数学模型.以二维、三维多相材料等效热传导系数的加权组合为目标,采用凸规划对偶优化算法和二次型周长约束进行材料微结构的设计和材料分布的棋盘格控制.数值算例表明基于散热弱度的传热材料微结构设计是可行、有效的,可以为实际的材料设计提供依据.

关 键 词:散热弱度  微结构  拓扑优化  等效热传导系数
文章编号:0459-1879(2007)05-0708-07
修稿时间:2006-06-22

MULTI-OBJECTIVE DESIGN OF THE MULTI-PHASE MICROSTRUCTURE FOR THERMAL CONDUCTIVITY OPTIMIZATION
Wang Fengwen,Zhang Weihong,Sun Shiping,Gong Xiaolu.MULTI-OBJECTIVE DESIGN OF THE MULTI-PHASE MICROSTRUCTURE FOR THERMAL CONDUCTIVITY OPTIMIZATION[J].chinese journal of theoretical and applied mechanics,2007,39(5):708-714.
Authors:Wang Fengwen  Zhang Weihong  Sun Shiping  Gong Xiaolu
Abstract:In this paper,a new method based on the heat dissipation of microstructure is proposed to predict the thermal conductivity of the material microstructure.This method is shown to be equivalent to the homogenization method both theoretically and numerically.Based on the finite element discretization of the microstructure,the sensitivity analysis for the effective thermal conductivity is carried out and the topology optimization model of the heat-conducting microstructure is built to maximize the different combinations of effective thermal conductivity coefficients related to 2D and 3D multiphase materials.The dual optimization scheme and the quadratic perimeter constraint are used to solve the problem and to control the checkerboard pattern during optimization procedure.Numerical examples show that the design of the microstructure using the heat dissipation is effective and can provide satisfactory design results with respect to material microstructures.
Keywords:heat dissipation  microstructure  topology optimization  effective thermal conductivity
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