刘远东,莫　军,尹益辉,徐　兵

(中国工程物理研究院 总体工程研究所，四川 绵阳　621900)



考虑热振特性的连续体结构拓扑优化设计

刘远东,莫军,尹益辉,徐兵

(中国工程物理研究院 总体工程研究所，四川 绵阳621900)

为实现传热和振动条件下连续体结构的拓扑优化设计，以结构散热弱度最小化和动态特征值最大化加权函数为目标，建立传热和振动条件下连续体结构的多目标拓扑优化模型，实现了相应的算法和算例。方法中采用Rational Approximation of Material Properties(RAMP)方法对密度进行惩罚，利用优化准则法控制设计目标与材料分布，以敏度过滤技术抑制棋盘格效应，通过归一化目标函数有效地避免了不同性质目标函数的量级差异。通过算例，获得了热-振权重系数对结构拓扑构型和目标函数(宏观结构的散热弱度和基频)的影响规律，算例结果表明了该方法的有效性。

连续体结构；热-振多目标；拓扑优化；优化准则法

拓扑优化研究大多集中在单一物理场条件下的设计问题，如力场下的结构设计、温度场下的散热设计等。这些单一场下的结构优化研究对工程实际结构设计具有一定的指导意义[1-6]。然而，随着研究的深入和优化设计应用工程的要求，有必要开展更符合结构实际工作情况的多场条件下的优化设计研究。实际工程中，工作条件一般为力场、温度场、电磁场、流场等多场耦合。其中高温-振动复合问题就是一种典型的多场耦合问题，例如航空发动机、核电站、高速飞行器等。……