摘要：提出一种基于多相多孔材料的一体化模型。模型以结构散热弱度最小为目标,以结构体积比与材料微结构质量为约束。引入独立的宏观设计变量和微观相设计变量,通过单元相密度建立两类变量间的联系;基于对等混合材料插值模型建立单元相密度与热传导系数间的惩罚关系;推导得到目标函数灵敏度表达式。求解偏微分方程实现单元散热弱度过滤,消除棋盘格及网格依赖性现象。通过二维数值算例讨论并分析了材料特性、热载荷、体积比约束以及质量约束对一体化优化结果的影响。数值实验结果表明,该建模方法在多相材料/结构一体化稳态热传导优化设计中具有可行性和有效性。

摘要：针对稳态热传导问题,以结构散热弱度最小为目标,建立了连续体传热结构的拓扑优化模型和方法,给出了相应的算例。优化方法中分别建立了设计相关载荷和非相关载荷的灵敏度列式,采用Rational Approximation of Material Properties(RAMP)方法对材料密度进行惩罚,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。算例的结果直观显示了设计相关载荷和非设计相关载荷以及复合载荷对结构拓扑构型的影响规律,表明了该文考虑设计相关载荷的稳态热传导结构拓扑优化方法的合理性。

摘要：提出一种考虑周期性约束的多材料结构稳态热传导拓扑优化设计方法。针对多材料结构,提出基于有序有理近似材料属性模型(ordered rational approximation of material properties,Ordered-RAMP)的多材料插值模型。以结构散热弱度最小化为目标函数,体积为约束条件,将设计区域划分为有限个相同的子多材料区域。通过重新分配单元散热弱度基值,实现周期性几何约束,借助优化准则法推导设计变量的迭代格式。通过典型2D与3D数值算例,分析不同子区域个数对宏观结构与微观子区域多材料拓扑构型的影响。结果表明:所提方法可实现面向多材料结构的周期性微观构型设计,且各材料分布合理边界清晰,具有良好的稳健性;当子区域个数不同时,均可得到具有周期性的拓扑构型,且所获拓扑形式具有差异性。

摘要：在多相材料的结构拓扑优化问题中,通常给定各相材料体积约束或材料总重量约束作为材料的控制用量.在结构轻量化设计的实际工程背景下,以结构总重量最小化为目标的优化模型具有明确的工程意义.针对含多相材料的稳态传热结构拓扑优化问题,提出了以结构总重量最小化为目标和给定热柔顺度为约束的多工况连续体结构拓扑优化建模方法.遵循独立连续映射建模方式,采用两类独立拓扑变量分别表征单元热传导矩阵和单元重量状态.推导了热柔顺度和总重量对设计变量的敏度,基于一阶和二阶泰勒展开得到各自的近似表达式.通过求解偏微分方程,实现了约束函数一次项过滤,消除了棋盘格现象和网格依赖性问题,并保证了约束方程在过滤后严格成立.建立的近似优化模型具有二次函数形式的目标函数和一次函数形式的约束函数.基于对偶序列二次规划方法对优化模型进行求解直至收敛.通过四个三维结构数值算例分析对比了热柔顺度约束限值、不同材料混合及多工况、多约束条件对优化结果的影响.数值算例结果表明,本文提出的优化方法在基于多相材料的多工况稳态热传导结构轻量化设计中具有可行性和有效性.

摘要：将边界面法应用于多域问题稳态热传导的计算,提出了一种新的实现方法,称之为多域边界面法(MD-BFM).在边界面的基础上,仿照单域问题,推导了多域问题稳态热传导的矩阵组装的方式,得出其离散的边界积分方程,温度等未知量即可求出.将多域边界面法应用于某包含62个浇筑层(共125个域)的大坝的稳态热传导分析,得出其温度场分布图,并和有限元计算结果进行了比较,温度最大值均为20.7℃,且温度分布等值线高度吻合,但多域边界面法采用了更少的网格.对大坝这样的大规模工程问题进行计算的结果证明,本文所提出的多域边界面法可以应用于稳态热传导问题,并且相较于其他方法(例如有限元法),具有同等精度,并且消耗更少的人力.

摘要：用有限元法分析了由ZrO2和Ti 6Al 4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性稳态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的稳态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较.结果表明:在精确计算稳态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板的稳态温度场的最重要因素之一.此外,材料组分的分布形状系数M、环境介质温度、对流换热系数和孔隙度P的变化对变物性梯度功能材料板的稳态温度场分布均有明显的影响.此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据.图7,参6.

摘要：为了实现基于宏观热传导条件的周期性材料微结构设计,建立了基于固体各向同性材料惩罚法的周期性结构拓扑优化模型.模型以体积比为约束,散热弱度最小为优化目标.为了满足周期性约束,将设计域划分为若干相同子区域,并重新分配散热弱度.基于偏微分方程的图像处理方式可以有效地消除棋盘格和网格依赖性现象.讨论并分析了不同子区域个数及不同载荷工况对拓扑优化构型的影响.数值实验结果表明:周期性结构的建模方式可以实现基于宏观稳态热传导条件的周期性材料微结构设计.子区域个数不同时,优化得到不同的微结构构型,这反映了尺寸效应对材料设计的影响.当子区域个数不断增加时,优化结果逐渐趋向收敛于均匀化方法对应的极限值.

摘要：针对冷箱内管道在低温状态下受到的压力、重力以及因降温收缩而产生的应力,根据有限元理论,考虑静压和温度的热固耦合作用,建立以稳态热传导为基础的低温管道热应力模型。对其进行网格无关性验证,并以低温管道的整体结构为研究对象进行数值模拟,得到不同管道在施加温度载荷前后的应力应变情况以及管道在预冷时应力变化规律。结果表明,低温下管道的最大等效应力为135.74 MPa,最大位移量为3.42 mm,管道在预冷过程中最大等效应力为127.3 MPa,满足管道结构的设计要求。

摘要：运营隧道内空气温度的合理预测有助于改善隧道内部环境。为了准确预测分析运营隧道内气温,引入传热第三类边界条件,耦合隧道径向及轴向二维轴对称的围岩温度导热方程与洞内气流温度方程,推导出隧道空气温度和内壁面温度的分析解,该分析解法与文献报道数值解法计算得到的巷道内气温差值在0.5℃以内。以武汉长江隧道为例,对运营隧道内的空气温度进行计算分析。结果表明:洞内气温的计算结果与实测数据的差值大多在1℃以内,且温度变化趋势一致,进一步验证了本文分析解的正确性;随着风速的增加,出口气温不断降低且降幅逐渐减小,即降温效果已逐渐不明显,表明运营隧道内的风速控制需综合考虑降温效果和动力消耗。

摘要：根据GB／T24480-2009．以一个电梯耐火门设计实例，介绍了电梯耐火门的完整性、隔热性的理论计算以及加强筋的设计。对设计的耐火门进行了耐火试验，通过上部、中部、下部门板的热成像图分析了平均温升，并测量了气体泄漏量。