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李帅;张永村;刘舒田

具有允许温度约束的瞬态热结构多材料拓扑优化方法。 （英语） Zbl 07772299号

国际期刊数字。方法工程。 124，第18号，4022-4057（2023）.
小结：温度过高可能导致材料性能下降、烧蚀和相变。因此，将所用材料的最高温度控制在安全范围内对热结构的安全运行具有重要意义。本文提出了一种基于密度的瞬态热结构多材料拓扑优化方法，其中每种材料的最高温度控制在其允许温度以下。在该方法中，建立了一种基于偏微分方程（PDE）滤波器和Heaviside投影的投影算法，用于识别每种材料所占据的区域。在时间域和空间域中，每个特定材料占据区域的最高温度近似地用凝聚积分表示。通过控制不大于特定阈值的凝聚积分来满足允许温度约束（取决于相应材料的允许温度）。几个例子表明，许用温度在多材料热结构设计中候选材料的选择和分配方案中起着重要作用。该方法可以有效地将各种材料的最高温度控制在其约束范围内，实现多材料热结构的合理设计。此外，不同的热加载时间也可能导致不同的结构材料选择。这项工作在隔热结构的轻量化设计中有潜在的应用。
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MSC公司：

74件 固体力学中的优化问题
74平方英尺 固体力学与其他效应的耦合
8000万 热力学和传热学的基本方法

关键词：

材料允许温度;材料子域识别;多材料热结构;拓扑优化;瞬态传热
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\textit{S.Li}等人，国际期刊数字。方法工程124，No.18，4022--4057（2023；Zbl 07772299）
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参考文献：

[1] 李明C、戴正国、戴宁F。轻质多层隔热结构的集成优化设计研究。Chin J Theor应用机械。2011;43(2):289‐295.
[2] BendsoeMP公司。优化形状设计是一个材料分配问题。结构优化。1989;1(4):193‐202.
[3] 西格蒙多，TorquatoS。使用三相拓扑优化方法设计具有极端热膨胀的材料。国际Soc光子学。1997;45(6):1037‐1067.
[4] SigmundO GibianskyLV公司。具有最大体积模量的多相复合材料。机械物理固体杂志。1998;48(3):461‐498. ·Zbl 0989.74060号
[5] RadmanA、Xiaodong H、XieYM。多相材料微观结构的拓扑设计，以实现最大刚度或导热性。计算机材料科学。2014;91:266‐273.
[6] StegmannJ，LundE。一般复合材料壳体结构的离散材料优化。国际数值方法工程杂志2005；62(14):2009‐2027. ·Zbl 1118.74343号
[7] HvejselCF，伦德。用于统一拓扑和多材料优化的材料插值方案。结构多学科优化。2011;43(6):811‐825. ·Zbl 1274.74344号
[8] BruyneelM公司。SFP——一种基于形状函数的新参数化，用于优化材料选择：应用于传统复合材料层。结构多学科优化。2011;43(1):17‐27.
[9] Tong G、Weihong Z、DuysinxP。复合材料层压板离散最优方向设计的双值编码参数化方案。国际数值方法工程杂志2012；91(1):98‐114. ·Zbl 1246.74043号
[10] AnanthasureshG李奇尼。使用峰值函数材料插值方案对多材料柔顺机构进行拓扑优化。结构多学科优化。2001;23(1):49‐62.
[11] 兰亭Z、来福、彭文斯、金顺业、凯勒。复合材料结构的广义离散光纤角度优化方法：二分插值优化。国际数理方法工程杂志2023；124(5):1211‐1229.
[12] 布克。拓扑优化在优化传热系统工程设计中的应用综述。Appl Therm Eng.2017；2017(112):841‐854.
[13] QingL、GrantPS、OsvaldoMQ、XieYM。基于进化结构优化的热力外形和拓扑设计。国际J热质传递。1999;42(17):3361‐3371. ·Zbl 0943.74050号
[14] 春港Z、振华X、丁H。多工况下热问题拓扑优化的水平集方法。计算方法应用机械工程2007；196(4):1074‐1084. ·Zbl 1120.80312号
[15] IgaA、NishiwakiS、IzuiK、YoshimuraM。考虑设计相关效应（包括热效应和对流效应）的热导体拓扑优化。国际J热质传递。2009;52(11):2721‐2732. ·Zbl 1167.80335号
[16] MarckG、NemerM、HarionJ‐L、RusseilS S、BougeardD。使用SIMP方法对多目标导电问题进行拓扑优化。数字热传输B Fundam。2012;61(6):439‐470.
[17] YongcunZ、ShutianL。热结构优化模型。2008年国际自然科学计划；18(6):665‐670.
[18] 布鲁金。隔热拓扑优化：在建筑工程中的应用。工程优化。2011;43(11):1223‐1242.
[19] LongK、WangX、GuX。同时考虑承载能力和隔热性能的并行拓扑优化，以最小化总质量。Chin J Theor应用机械。2018;34(2):12‐326. ·Zbl 1390.74160号
[20] PenmetsaRC、GrandhiRV、HaneyM。热保护系统进化设计的拓扑优化。AIAA J.2012；44(11):2663‐2671.
[21] 德莫拉特B。具有初始设计相关应力场的结构刚度优化。热弹性应力载荷的应用。Eur J Mech A固体。2013年；37:150‐159. ·Zbl 1347.74079号
[22] 魏洪Z、杨俊刚X、英杰GT。热弹性结构的拓扑优化：平均柔度最小化或弹性应变能最小化。结构多学科优化。2013年；49(3):417‐429.
[23] PedersenP，PedersenNL。热弹性结构的强度优化设计。结构多学科优化。2010;42(5):681‐691.
[24] QingL、StevenGP、XieYM。变温度场问题的热弹性拓扑优化。J热应力。2001;24(4):347‐366.
[25] 阿拉科奎尔，沃特金斯RT，塔米贾尼耶。热弹性多材料周期性微结构的基于应力的稳健拓扑优化。计算方法应用机械工程2021；379(17):113749. ·Zbl 1506.74260号
[26] PedersenP，PedersenNL。插值/惩罚应用于三维热弹性结构的强度设计。结构多学科优化。2012;45(6):773‐786. ·Zbl 1274.74240号
[27] WangL、LiuD、YangY、HuJ。基于区间和凸混合不确定性的多材料布局设计非概率可靠性拓扑优化（NRBTO）新方法。计算方法应用机械工程2019；346:550‐573. ·Zbl 1440.74315号
[28] SandersED、AguiloMA、PaulinoGH。具有任意体积和质量约束的多材料连续体拓扑优化。计算方法应用机械工程2018；340:798‐823. ·Zbl 1440.74312号
[29] KimY ChaoL。汽车设计问题的多材料拓扑优化。2017年《机械工程程序研究所D J Automob Eng.》；232（14）：1950年-1969年。
[30] 晓东H，魏白L。一种新的多材料拓扑优化算法和候选材料的选择。计算方法应用机械工程2021；386:114114. ·Zbl 1507.74302号
[31] LimS、MisawaR、FurutaK、MaruyamaS、IzuiK、NishiwakiS。使用基于水平集的拓扑优化对多材料车辆部件进行减重设计。结构多学科优化。2022;65(3):100.
[32] AlfounehM、VaH、ZhenL、QuantianL。多层多材料复合材料结构的拓扑优化。工程优化。2022;55:1‐18.
[33] 道忠L，YongKI。用于实际轻量化设计的多材料拓扑优化。结构多学科优化。2018;58(3):1081‐1094.
[34] 戴聪D、崔X、凯L、永C、关耀L。结构和微观多相材料导热性的多尺度并行拓扑优化。工程计算。2018;36(1):126‐146.
[35] ChiW、JiangguangF、QingL。热屈曲标准的多材料拓扑优化。计算方法应用机械工程，2018年；346:1136‐1155. ·Zbl 1440.74320号
[36] ChunguangZ，振华，HanD。基于水平集方法的热问题多材料拓扑优化。工程优化。2010;42(9):811‐831.
[37] 高彤X，彭丽珍。质量约束下多材料热弹性结构的拓扑优化。计算结构。2016;173（9月）：150‐160。
[38] 亚东S、建湖F。基于参数水平集的热结构多材料拓扑优化。数学问题工程2018；2018:1‐12. ·Zbl 1427.74144号
[39] 建良C、青海Z、良Z。具有应力约束的热弹性结构的多材料拓扑优化。数学。2022;10（8）:1216。
[40] JaejongP、NguyenTH、ShahJJ、AlokS。利用多材料拓扑优化进行高效热导体的概念设计。工程优化。2018;51(5):796‐814.
[41] SanthanakrishnanMS，TilfordT，BaileyC。使用水平集拓扑优化的多材料散热器设计。IEEE Trans-Compon包装制造技术。2019年；9(8):1504‐1513.
[42] VantyghemG、BoelV、SteemanM、CorteWD。涉及同时进行结构和热分析的多材料拓扑优化。结构多学科优化。2018;59(3):731‐743.
[43] 春江Z、振华X。基于全局热柔度测度的瞬态热问题拓扑优化。数字热传输B Fundam。2014;65(5):445‐471.
[44] 春江Z、振华X。瞬态热问题的温度约束拓扑优化。数字热传输B Fundam。2015;68(4):366‐385.
[45] ShuhaoW、ZhangY、Liu S。最小化瞬态热结构最高温度的拓扑优化。结构多学科优化。2019年；60(1):69‐82.
[46] ShuhaoW、YongcunZ、ShutianL。基于瞬态热耗散效率的瞬态热结构拓扑优化方法。国际J热质传递。2021;170(3):121004.
[47] 楚江Z、振华X、汉城。使用自适应参数化水平集方法对瞬态非线性热进行拓扑优化。工程优化。2020;53(12):2017‐2039. ·Zbl 1523.74161号
[48] LongK、WangX、GuX。使用序列二次规划算法对瞬态热问题进行多材料拓扑优化。发动机优化。2018;50（12）:2091-2107·Zbl 1523.74135号
[49] 新庆L、青海Z、凯L、红心Z。基于功能梯度约束的瞬态热结构多材料拓扑优化。内部公共热质传递。2022;131:105845.
[50] 雪峰Z、朝Z、宣W、周Y、平H、镇东M。热力耦合问题的温度约束拓扑优化。发动机优化。2019年；251(10):1687‐1709. ·Zbl 1523.74162号
[51] 坎巴帕提斯、格雷JS、金哈。应力和温度约束下结构的水平集拓扑优化。计算结构。2020;235:106265.
[52] 孟庆轩X、宾文西、雷姿。具有应力和温度约束的热弹性拓扑优化。国际数理方法工程杂志2021；122(12):2919‐2944.
[53] 孟庆轩X，BinHC，GeW。柔顺应力和温度约束下热结构的轻量化拓扑优化。J热应力。2021;44(9):1121‐1149.
[54] 孟庆轩、宾赫克、遵义、鹏聚。热弹性结构的拓扑优化，考虑在广泛温度范围内的刚度、强度和温度约束。国际数理方法工程杂志2022；123(7):1627‐1653.
[55] JamesKA ZiliangK公司。多材料拓扑设计，在材料特定温度约束下实现最佳弹性和热响应。国际J数字方法工程2019；117(10):1019‐1037.
[56] 京钰、云峰、舒天乐。具有自连接多晶格材料域的层次结构的双尺度并行拓扑优化方法。组成结构。2021;272(3):114224.
[57] 罗云峰H，靖宇LS。具有多个不同微观结构的结构的自连接多域拓扑优化。结构多学科优化。2021;1:1‐16。
[58] 云峰L、西格蒙多、曲豪L、舒天L。面向增材制造的自支撑封闭孔洞结构拓扑优化。计算方法应用机械工程2020；372:113385. ·Zbl 1506.74289号
[59] YunfengL、QuhaoL、ShutianL。使用基于侵蚀的界面识别方法对壳填充结构进行拓扑优化。计算方法应用机械工程2019；355:94‐112. ·兹比尔1441.74166
[60] SigmundO拉扎罗夫理学学士。基于亥姆霍兹型微分方程的拓扑优化滤波器。国际数值方法工程杂志2011；86(6):765‐781. ·Zbl 1235.74258号
[61] 张伟高。涉及热弹性应力载荷的拓扑优化。结构多学科优化。2010;42(5):725‐738. ·Zbl 1274.74333号
[62] 李毅、吉宏Z、凤文W、卫宏Z、司格蒙多。几何非线性结构的拓扑优化保形设计。结构多学科优化。2018;59(4):1033‐1051.
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