机械工程学报

作者：肖蜜, 李奇石, 高亮, 沙伟, 黄明喆

单位：华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室 武汉 430074

关键词：跨尺度拓扑优化,点阵散热结构,各向异性材料插值,点阵单胞旋转；

基金：国家自然科学基金资助项目(52305259)。

点阵结构凭借其轻质、快速散热等特点，广泛应用于信息电子、航空航天等领域，提出了一种基于各向异性材料插值的点阵散热结构跨尺度拓扑优化方法。在微观尺度上，设计了添加连接壁的十字型点阵单胞，保证了相邻单胞的连接性，通过旋转单胞使其呈现各向异性的热学属性，并改变其体分比进一步扩大设计空间；在宏观尺度上，以最小化散热柔度为目标、高导热材料体积分数为约束，构建了点阵散热结构拓扑优化模型，基于各向异性材料插值函数快速计算单胞的宏观等效热学属性，同时优化点阵单胞在宏观设计域的分布、点阵单胞的几何参数与旋转角度。最后，结合算例实现了不同边界条件下的点阵散热结构跨尺度拓扑优化。进一步考虑最小化平均温度、最小化温差、最小化最高温度等三类典型热学性能目标，开展跨尺度拓扑优化设计，结果表明提出方法设计的点阵结构具有良好的热学性能。

来源：2024年第13期

《机械工程学报》期刊编辑部

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