(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110135016.3 (22)申请日 2021.02.01 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112800558 A (43)申请公布日 2021.05.14 (73)专利权人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 李宝童　刘宏磊　张路宽　刘策　 洪军　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 贺建斌 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (56)对比文件 CN 113159417 A,2021.07.23 张卫红等.基 于导热性能的复合材 料微结构 拓扑优化设计. 《航空学报》 .20 06,第27卷(第06 期),242-246. 审查员 李思彤 (54)发明名称 一种高热流短时工作平台相变温控组件翅 片结构设计方法 (57)摘要 一种高热流短时工作平台相变温控组件翅 片结构设计方法， 先定义设计工况， 设计导热通 道， 通过模拟植物叶片叶脉的生长来设计导热通 道的结构布局， 导热通道由点热源向相变材料内 部延伸， 形成导热增强 网络； 然后进行材料重构， 采用竞争机制对导热通道单元进行筛选； 再进行 导热通道数学优化模型， 以导热分 歧网格结构总 火积耗散最低为优化目标函数， 以高导热材料的 体积耗散为约束条件， 迭代优化获得满足材料用 量最优导热结构； 最后进行适应性处理， 按照生 产工艺要求圆整导热率提升结构分叉布局， 从而 获得导热结构最终布局； 本发明在保证相变材料 储能能力的同时提升其导热率， 增强热量在材料 中的传递， 使相变材料得以更好的发挥储能作 用。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 112800558 B 2022.10.28 CN 112800558 B 1.一种高热流短时工作平台相变温控组件翅片结构设计方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 1)定义设计工况： 以热控装置内充斥相变材料的区域为设计域， 其周边为绝热边界， 固定点热源于设计 域的边界， 设计域的总面积为VD， 整体的高导热 材料体积分数的限制为β0； 2)设计导热通道： 通过模拟植物叶片叶脉的生长来设计导热通道的结构布局， 导热通道由点热源向相变 材料内部延伸， 形成导热增强网络： 2.1)优化模型： 单个生长单元分别使用角度θ， 长度L和宽度w来描述其方向和形状， 以增加设计域散热 效果为优化目标， 等效的数 学模型为： Min J( θ， L， w) 上式中， θi(k),Li(k)及wi(k)分别为第k次优化迭代新生长单元i的生长方向、 长度及宽度； n(k)为第k次优化迭代中新生长单元总数； Llow及Lupp为单个生长单元的长度上、 下限； wlow及 wupp为单个生长单元的宽度上、 下限； V( θ,L,w)为高导热材料使用体积， Vupp(k)为第k次迭代 中高导热材料用量上限； J为目标函数； 以热源位置为初始生长点并萌发主脉单元， 进而生成次脉与三级脉单元， 单元首尾相 接生成导热通道； 2.2)生成分支： 2.2.1)确定导热通道分歧尺寸初始值： 导热通道分歧尺寸包括长度和宽度两部分， 其中分歧通道长度初始值按照等比递减， 等比例系数表示 为： 其中， Ln为第n次分支过程中的父级通道长度， Ln+1为第n次分支过程中的子级通道长度； 分歧通道宽度的初始值由穆雷定律确定： d0和d1、 d2分别为父级通道与两个分叉的子级通道的宽度； 2.2.2)确定导热通道分歧角度初始值： 根据系统虚 功原理获得导热通道分歧角度和宽度之间的数值关系：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 112800558 B 2其中d1， d2分别为两子级通道的宽度， θ1， θ2分别为两子级 通道轴线与父级 通道轴线所夹 的锐角； 2.2.3)尺寸和边界优化： 首先， 对各导热通道单元进行尺寸优化， 保持各导热通道单元起始点坐标、 长度及角度 保持不变， 应用移动渐近线法对各导热通道单元的宽度(t1,t2,t3)进行优化， 其数学模型 为： 式中， w为导热通道单元宽度向量， V(w)(k)与Vupp(k)分别为第k次迭代中高导热材料的体 积用量与体积上限， Li(k)和wi(k)为第k次迭代中新产生的导热通道单元i的长度和宽度， Lj和 wj(k)为第k次迭代前已存在的导热通道单元j的长度和宽度， Th为导热通道单元的厚度， wupp 为导热通道单 元的宽度上限； 完成尺寸优化之后， 对分歧结构边界进行拟合优化， 使用二次样条曲线对相邻导热通 道单元的折点进行拟合以获得光滑的结构边界； 3)材料重构： 采用竞争机制对导热通道单元进行筛选， 使用生长阈值wb(k)与退化阈值wd(k)对其进行 控制： 上式中， wb和wd分别为分叉和退化操作阈值， t2为每个新生长单元的末端宽度， 若 激活生长单元分叉操作； 若 激活生长单元退化操作， 本生长单元将被去 除； 若 本生长单 元保持不变； 4)导热通道数 学优化模型： 以导热分歧网格结构总火积耗散最低 为优化目标函数， 以高导热材料的体积耗散为约 束条件；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 112800558 B 3