(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211462679.7 (22)申请日 2022.11.22 (71)申请人 北京理工大 学深圳汽车研究院 （电 动车辆国家工程实验室深圳研究 院） 地址 518000 广东省深圳市坪 山区坑梓街 道金沙社区锦绣东路22 号雷柏中城生 命科学园第3分园A栋 3层301、 302号 (72)发明人 王琥　尹纪超　雷钧　蔡勇　 王文伟　 (74)专利代理 机构 深圳鼎合诚知识产权代理有 限公司 4 4281 专利代理师 郭燕　彭家恩 (51)Int.Cl. G06F 30/18(2020.01)G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种平滑边界表达的散热拓扑优化方法 (57)摘要 一种平滑 边界表达的散热拓扑优化方法， 涉 及结构优化技术领域。 离散待优化散热拓扑结构 为有限元模 型， 基于有限元网格执行优化以获得 材料的最优分布； 基于插值函数将 离散优化转换 为连续优化， 利用第一插值函数获得的传热系数 进行分析以获得单元敏度； 根据预设的单元和节 点的对应关系实现单元敏度向节点敏度的投影 转换。 根据节点敏度确定关键水平值， 当单元对 应节点的节 点敏度部分大于关键水平 值， 则该单 元为边界单元。 对边界单元执行网格细分， 利用 第二插值函数计算新剖分节点敏度， 根据新剖分 节点敏度确定边界单元的密度值， 根据全部单元 的密度值确定体积分数， 利用体积分数对关键水 平值进行更新， 最终找到满足体积约束的关键水 平值。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 115495863 A 2022.12.20 CN 115495863 A 1.一种平 滑边界表达的散热拓扑优化方法， 其特 征在于， 包括： 离散待优化散热拓扑 结构为有限元模型； 基于有限元模型计算出所述待优化散热拓扑结构的密度场， 所述密度场包括若干单 元； 利用第一插值函数计算传热系数， 根据所述传热系数对有限元分析模型进行更新， 根 据更新后的有限元分析模型确定每个单元的单元敏度； 所述有限元分析模 型用于对所述有 限元模型求解； 根据预设的若干个单元对应单个节点的映射关系， 获取所述若干个单元中 的每一个单 元的单元敏度， 以确定对应的所述单个节点的节点敏度； 根据每个节点的节点敏度确定关键水平值， 当待优化散热拓扑结构中一个单元对应节 点的节点敏度全部大于所述关键水平值， 则该单元为完全实体单元； 当待优化散热拓扑结 构中一个单元对应节点的节点敏度部分大于所述关键水平值， 则该单元为边界单元； 当待 优化散热拓扑结构中一个单元对应节点的节点敏度全部小于所述关键水平值， 则该单元为 空洞单元； 对每个边界单元分别进行剖分以获得对应的新剖分单元， 利用第 二插值函数计算每个 边界单元对应的新剖分单元 的新剖分节点敏度； 对于每一个边界单元， 该边界单元根据其 新剖分节点敏度分别确定其密度值； 根据所有单元的密度值共同确定体积分数， 根据 所述体积分数对所述关键水平值进行 更新， 以对待优化结果进行满足体积约束的平 滑边界表达 。 2.如权利要求1所述的平滑边界表达的散热拓扑优化方法， 其特征在于， 所述基于有限 元模型计算出 所述待优化散热拓扑 结构的密度场， 包括： 基于连续性密度策略控制有限元模型的过滤半径， 对所述密度场进行若干次迭代， 获 取迭代的优化目标， 当所述优化目标的方差小于设定容差， 结束迭代并输出密度场； 所述过 滤半径通过如下公式计算得到： 其中，r为迭代半径， k为迭代的次数， rmin为预设的最小过滤半径， r0为预设的初始过滤 半径，lp为设定的所述初始过 滤半径衰减至所述 最小过滤半径的迭代次数。 3.如权利要求1所述的平滑边界表达的散热拓扑优化方法， 其特征在于， 所述利用第 一 插值函数计算传热系数， 根据所述传热系数对所述有限元分析模型进行 更新， 包括： 在所述第一插值函数中利用大于设定值的惩罚因子计算传热系数， 利用如下公式表示 所述第一插值 函数： 其中，k0为传热系数， ε为10‑3，ρ为单元密度， 取值范围为[0,1]， p为惩罚因子， k为插值 系数。 4.如权利要求1所述的平滑边界表达的散热拓扑优化方法， 其特征在于， 所述根据 预设 的若干个单元对应单个节点的映射关系， 获取所述若干个单元的每一个单元 的单元敏度， 以确定对应的所述单个节点的节点敏度， 包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495863 A 2利用如下映射公式计算所述单个节点的节点敏度： 其中，nsm为节点m的节点敏度； Ne为单元总数； i为第i个单元， 取值范围为[1， Ne]；esi为 第i个单元的单元敏度；wi,m为若干个单 元的单元敏度的加权函数。 5.如权利要求4所述的平滑边界表达的散热拓扑优化方法， 其特征在于， 所述若干个单 元的单元敏度的加权函数通过如下公式确定： 其中，wi,m为所述若干个单元的单元敏度的加权函数， rdist为节点m的映射范围， 为第i个单元到节点 m的距离。 6.如权利要求1所述的平滑边界表达的散热拓扑优化方法， 其特征在于， 所述根据待优 化散热拓扑 结构中每 个节点的节点敏度确定关键水平值， 包括： 获取所有节点敏度中最小的节点敏度值为 区间的下界值， 获取所有节点敏度中最大的 节点敏度值为区间的上界值； 利用二分法对下界值和上界值进行更新， 计算更新后的下界 值和上界值的平均值， 以确定所述关键水平值。 7.如权利要求1所述的平滑边界表达的散热拓扑优化方法， 其特征在于， 所述对每个边 界单元分别进 行剖分以获得对应的新剖分单元， 利用第二插值函数计算每个边界单元对应 的新剖分单 元的新剖分节点敏度， 包括： 利用第二插值函数对每个边界单元的节点敏度进行插值， 以获得对应新剖分单元的新 剖分节点敏度； 利用如下公式表示所述第二插值 函数： 其中，nsnew(o)为新剖分单元的新剖分节点敏度, （ ξi，ηi） 为边界单元对应节点的坐标， i 为边界单元对 应的第i个节点，Ce为边界单元对应的节点总数， （ ξo，ηo） 为新剖分单元对应的 新剖分节点的坐标， 为边界单元对应的节点敏度。 8.如权利要求1所述的平滑边界表达的散热拓扑优化方法， 其特征在于， 所述对于每一 个边界单 元， 该边界单 元根据其 新剖分节点敏度分别确定其密度值， 包括： 计算新剖分节点敏度大于关键水平值的新剖分单元对应的节点占据对应的边界单元 的节点的百分比， 根据所述百分比确定对应边界单元 的密度值； 利用如下公式计算所述百 分比：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495863 A 3