基于混合元胞自动机的传热结构拓扑优化研究
发布时间：2022-01-21 09:08
拓扑优化技术自1988年被提出以来已经得到了很大发展,目前针对结构力学领域的研究已经相当成熟,并且扩展到了传热问题以及多场耦合等领域,而后者依旧处于发展阶段。对于现代机械工业和电子工业来说,热结构体的传热结构设计是很重要的,如计算机芯片的散热方式设计,热机内部冷却液管道设计等等。现如今该领域的设计离不开热力学计算、散热实验等,最重要的是设计人员的经验。但是散热器的设计因领域而异,因设备而异,不同产品的散热器是怎样的拓扑结构,是一个很重要的问题。而将拓扑优化思想引入散热器工业设计是一种新的思路。其方法是:要找到合适的目标函数,设计变量等,通过优化该结构在一定约束下的目标函数,得到满足该目标的拓扑结构,而后由概念设计阶段进入实际设计阶段,设计散热器的具体形式与结构。本文基于混合元胞自动机（HCA）方法,通过Matlab动态更新LS-DYNA关键字文件中的热材料属性及材料参数,采用变密度法开展了热载荷下的传热结构拓扑优化研究。本文主要内容包括:（1）在元胞自动机（CA）理论的基础上,建立了元胞自动机和LS-DYNA的联合仿真系统,并且实现了自动迭代计算。（2）分析了拓扑优化中变密度法,基于固...
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１结构优化关系??
居组成的区域被称为此元胞的邻域。二维元胞自动机中邻域类型通常有冯？诺依曼型（Ｖｏｎ??Ｎｅｕｍａｎ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）；摩尔型（Ｍｏｏｒｅ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）；马哥勒斯型（Ｍａｒｇｏｌｕｓ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）等，??为方便邻居查找，文本中采用冯？诺依曼型邻域（图２－ｌａ）。??ｍｕ?ｕｐ???（ａ）冯诺依曼型邻域?（ｂ）固定边界条件??图２－１二维元胞自动机邻域、边界??元胞空间在各个维度上是无限扩展的，为了在计算机上能够实现，需要定义不同的边界条??件。元胞空间中有四种主要类型的边界条件：固定型，绝热型，映射型，周期型［１９］。本文采用??固定边界条件，如图２－ｌｂ所示。??画?圖??（ａ）三角形网格?（ｂ）四边形网格??图２－２元胞自动机网格类型??一定区域内所有元胞单元组成的集合被称为元胞空间，元胞空间主要包含元胞单元的边界??条件和空间几何结构，根据元胞单元的形状而进行分类，二维元胞自动机模型的元胞空间常见??的网格排列有三角形、四边形（图２－２ａ、ｂ）。三维元胞自动机常见的网格排列有正四面体、正六??面体等。通常四边形元胞更适合处理规整的有限元模型，三角形元胞较四边形元胞更容易处理??复杂边界问题。后文的算例中二维问题采用正四边形壳单元，三维问题采用八边形体单元。??ＣＡ模型是由有限个元胞组成的
居组成的区域被称为此元胞的邻域。二维元胞自动机中邻域类型通常有冯？诺依曼型（Ｖｏｎ??Ｎｅｕｍａｎ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）；摩尔型（Ｍｏｏｒｅ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）；马哥勒斯型（Ｍａｒｇｏｌｕｓ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）等，??为方便邻居查找，文本中采用冯？诺依曼型邻域（图２－ｌａ）。??ｍｕ?ｕｐ???（ａ）冯诺依曼型邻域?（ｂ）固定边界条件??图２－１二维元胞自动机邻域、边界??元胞空间在各个维度上是无限扩展的，为了在计算机上能够实现，需要定义不同的边界条??件。元胞空间中有四种主要类型的边界条件：固定型，绝热型，映射型，周期型［１９］。本文采用??固定边界条件，如图２－ｌｂ所示。??画?圖??（ａ）三角形网格?（ｂ）四边形网格??图２－２元胞自动机网格类型??一定区域内所有元胞单元组成的集合被称为元胞空间，元胞空间主要包含元胞单元的边界??条件和空间几何结构，根据元胞单元的形状而进行分类，二维元胞自动机模型的元胞空间常见??的网格排列有三角形、四边形（图２－２ａ、ｂ）。三维元胞自动机常见的网格排列有正四面体、正六??面体等。通常四边形元胞更适合处理规整的有限元模型，三角形元胞较四边形元胞更容易处理??复杂边界问题。后文的算例中二维问题采用正四边形壳单元，三维问题采用八边形体单元。??ＣＡ模型是由有限个元胞组成的
【参考文献】：
期刊论文
[1]传热结构自适应拓扑优化准则法研究[J]. 魏啸,丁晓红. 机械工程学报. 2017(20)
[2]汽车车身耐撞框架结构设计研究[J]. 谭纯,陈涛,杨枫. 现代制造工程. 2017(02)
[3]散热结构拓扑优化目标函数适用性讨论[J]. 侯丽园,丁晓红. 半导体光电. 2016(02)
[4]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[J]. 陈文炯,刘书田,张永存. 力学学报. 2016(02)
[5]散热结构拓扑优化目标函数的讨论[J]. 乔赫廷,张永存,刘书田. 中国机械工程. 2011(09)
[6]区间参数柔性机构设计的混合元胞自动机方法[J]. 崔明涛,陈建军,拓耀飞,陈永琴. 机械工程学报. 2007(07)
[7]基于SIMP方法的散热结构拓扑优化设计[J]. 蒋良杰,熊蔡华. 机电一体化. 2006(06)
[8]用拓扑优化方法进行热传导散热体的结构优化设计[J]. 左孔天,陈立平,张云清,王书亭. 机械工程学报. 2005(04)
[9]基于最小热量传递势容耗散原理的导热优化[J]. 程新广,李志信,过增元. 工程热物理学报. 2003(01)
[10]元胞自动机模拟及其在金属材料设计中的应用[J]. 刘红艳,何宜柱. 安徽工业大学学报. 2001(04)
博士论文
[1]轻质薄壁结构耐撞性分析与设计优化[D]. 张雄.大连理工大学 2008
[2]结构与柔性机构拓扑优化[D]. 贾海朋.大连理工大学 2005
[3]拓扑优化的水平集方法及其在刚性结构、柔性机构和材料设计中的应用[D]. 梅玉林.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]基于等能量吸收的汽车吸能结构轻质材料比较研究[D]. 王传青.吉林大学 2012
[2]基于混合元胞自动机方法的结构拓扑优化研究[D]. 周珍珍.华中科技大学 2009
[3]散热结构拓扑优化[D]. 李朕.华中科技大学 2008
[4]连续体结构及散热结构拓扑优化[D]. 蒋良杰.华中科技大学 2006
[5]风冷式CPU散热片的热分析及其优化设计[D]. 张远波.华中科技大学 2006
[6]元胞自动机模型应用及模糊元胞自动机[D]. 畅春玲.大连海事大学 2005
本文编号：3599990
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１结构优化关系??
居组成的区域被称为此元胞的邻域。二维元胞自动机中邻域类型通常有冯？诺依曼型（Ｖｏｎ??Ｎｅｕｍａｎ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）；摩尔型（Ｍｏｏｒｅ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）；马哥勒斯型（Ｍａｒｇｏｌｕｓ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）等，??为方便邻居查找，文本中采用冯？诺依曼型邻域（图２－ｌａ）。??ｍｕ?ｕｐ???（ａ）冯诺依曼型邻域?（ｂ）固定边界条件??图２－１二维元胞自动机邻域、边界??元胞空间在各个维度上是无限扩展的，为了在计算机上能够实现，需要定义不同的边界条??件。元胞空间中有四种主要类型的边界条件：固定型，绝热型，映射型，周期型［１９］。本文采用??固定边界条件，如图２－ｌｂ所示。??画?圖??（ａ）三角形网格?（ｂ）四边形网格??图２－２元胞自动机网格类型??一定区域内所有元胞单元组成的集合被称为元胞空间，元胞空间主要包含元胞单元的边界??条件和空间几何结构，根据元胞单元的形状而进行分类，二维元胞自动机模型的元胞空间常见??的网格排列有三角形、四边形（图２－２ａ、ｂ）。三维元胞自动机常见的网格排列有正四面体、正六??面体等。通常四边形元胞更适合处理规整的有限元模型，三角形元胞较四边形元胞更容易处理??复杂边界问题。后文的算例中二维问题采用正四边形壳单元，三维问题采用八边形体单元。??ＣＡ模型是由有限个元胞组成的
居组成的区域被称为此元胞的邻域。二维元胞自动机中邻域类型通常有冯？诺依曼型（Ｖｏｎ??Ｎｅｕｍａｎ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）；摩尔型（Ｍｏｏｒｅ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）；马哥勒斯型（Ｍａｒｇｏｌｕｓ?Ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）等，??为方便邻居查找，文本中采用冯？诺依曼型邻域（图２－ｌａ）。??ｍｕ?ｕｐ???（ａ）冯诺依曼型邻域?（ｂ）固定边界条件??图２－１二维元胞自动机邻域、边界??元胞空间在各个维度上是无限扩展的，为了在计算机上能够实现，需要定义不同的边界条??件。元胞空间中有四种主要类型的边界条件：固定型，绝热型，映射型，周期型［１９］。本文采用??固定边界条件，如图２－ｌｂ所示。??画?圖??（ａ）三角形网格?（ｂ）四边形网格??图２－２元胞自动机网格类型??一定区域内所有元胞单元组成的集合被称为元胞空间，元胞空间主要包含元胞单元的边界??条件和空间几何结构，根据元胞单元的形状而进行分类，二维元胞自动机模型的元胞空间常见??的网格排列有三角形、四边形（图２－２ａ、ｂ）。三维元胞自动机常见的网格排列有正四面体、正六??面体等。通常四边形元胞更适合处理规整的有限元模型，三角形元胞较四边形元胞更容易处理??复杂边界问题。后文的算例中二维问题采用正四边形壳单元，三维问题采用八边形体单元。??ＣＡ模型是由有限个元胞组成的
【参考文献】：
期刊论文
[1]传热结构自适应拓扑优化准则法研究[J]. 魏啸,丁晓红. 机械工程学报. 2017(20)
[2]汽车车身耐撞框架结构设计研究[J]. 谭纯,陈涛,杨枫. 现代制造工程. 2017(02)
[3]散热结构拓扑优化目标函数适用性讨论[J]. 侯丽园,丁晓红. 半导体光电. 2016(02)
[4]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[J]. 陈文炯,刘书田,张永存. 力学学报. 2016(02)
[5]散热结构拓扑优化目标函数的讨论[J]. 乔赫廷,张永存,刘书田. 中国机械工程. 2011(09)
[6]区间参数柔性机构设计的混合元胞自动机方法[J]. 崔明涛,陈建军,拓耀飞,陈永琴. 机械工程学报. 2007(07)
[7]基于SIMP方法的散热结构拓扑优化设计[J]. 蒋良杰,熊蔡华. 机电一体化. 2006(06)
[8]用拓扑优化方法进行热传导散热体的结构优化设计[J]. 左孔天,陈立平,张云清,王书亭. 机械工程学报. 2005(04)
[9]基于最小热量传递势容耗散原理的导热优化[J]. 程新广,李志信,过增元. 工程热物理学报. 2003(01)
[10]元胞自动机模拟及其在金属材料设计中的应用[J]. 刘红艳,何宜柱. 安徽工业大学学报. 2001(04)
博士论文
[1]轻质薄壁结构耐撞性分析与设计优化[D]. 张雄.大连理工大学 2008
[2]结构与柔性机构拓扑优化[D]. 贾海朋.大连理工大学 2005
[3]拓扑优化的水平集方法及其在刚性结构、柔性机构和材料设计中的应用[D]. 梅玉林.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]基于等能量吸收的汽车吸能结构轻质材料比较研究[D]. 王传青.吉林大学 2012
[2]基于混合元胞自动机方法的结构拓扑优化研究[D]. 周珍珍.华中科技大学 2009
[3]散热结构拓扑优化[D]. 李朕.华中科技大学 2008
[4]连续体结构及散热结构拓扑优化[D]. 蒋良杰.华中科技大学 2006
[5]风冷式CPU散热片的热分析及其优化设计[D]. 张远波.华中科技大学 2006
[6]元胞自动机模型应用及模糊元胞自动机[D]. 畅春玲.大连海事大学 2005
本文编号：3599990
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