正交各向异性材料结构的传热拓扑优化研究

摘要

基于变密度法建立了正交各向异性材料结构的稳态传热拓扑优化模型,完成了变截面梁和圆锯片的传热拓扑优化,散热弱度最大分别降低了68.78%和74.82%,同时减重39.03%和23.75%;重点研究了各向异性因子和材料方向角对各向异性材料结构最优拓扑构型及散热效果的影响。结果表明:散热效果均随各向异性因子增加而增强,当各向异性因子小于和大于1时,各向异性材料结构的散热性能分别劣于和优于各向同性材料结构。变截面梁的材料方向角及各向异性因子对其最优拓扑构型及散热效果影响很大;而对于几何形状及热载荷均对称的圆锯片,其材料方向角对最优拓扑构型及温度分布无影响。变截面梁的材料方向角建议在60°~75°之间取值,在各向异性材料结构传热拓扑优化中,合理选择各向异性因子和材料方向角可获得较优拓扑构型。