(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 202211077621.0 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 中车长春轨道客车股份有限公司 地址 130000 吉林省长 春市长客路20 01号 (72)发明人 邵晴　王爱彬　胡浩　于淼　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 张倩 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 基于拓扑优化的导冷结构设计方法和装置 (57)摘要 本申请提供一种基于拓扑优化的导冷结构 设计方法和装置， 方法包括， 建立轻量化模型和 散热模型； 轻量化模型为导冷结构轻量化拓扑优 化模型， 散热模型为导冷结构散热拓扑优化模 型； 分别确定轻量化模型的优化条件和散热模型 的优化条件； 对 轻量化模型和散热模 型加权得到 的多目标加权优化模型进行多目标热力耦合拓 扑优化， 获得满足设计指标的导冷结构拓扑构 型。 本方案通过加权轻量化模型和散热模型， 实 现应力场和温度场耦合优化， 从而获得同时满足 多个物理场设计指标的构型， 提高设计效率。 权利要求书2页 说明书10页 附图4页 CN 115422804 A 2022.12.02 CN 115422804 A 1.一种基于 拓扑优化的导冷结构设计方法， 其特 征在于， 包括： 建立轻量化模型和散热模型； 其中， 所述轻量化模型为导冷结构轻量化拓扑优化模型， 所述散热模型为 导冷结构散热拓扑优化模型； 确定所述轻量 化模型的优化条件， 并确定所述散热模型的优化条件； 按加权系数将所述轻量 化模型和所述散热模型加权， 得到多目标加权优化模型； 对所述多目标加权优化模型进行多目标 热力耦合拓扑优化， 得到导冷结构拓扑构型； 校核所述 导冷结构拓扑构型 是否满足设计指标； 若所述导冷结构拓扑构型不满足所述设计指标， 返回执行所述对所述多目标加权优化 模型进行多目标热力耦合拓扑优化， 得到导冷结构拓扑构型， 直至获得满足所述设计指标 的导冷结构拓扑构型为止 。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述确定所述轻量化模型的优化条件， 包 括： 确定所述轻量 化模型的拓扑优化 域； 加载力学边界条件和热力耦合 边界条件； 在材料属性中将杨氏模量、 导热系数及热容乘以罚函数； 确定所述轻量 化模型的约束条件和最小化总应 变能的优化目标。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述确定所述散热模型的优化条件， 包括： 确定所述散热模型的拓扑优化 域； 确定冷量输入端和冷量传输终端， 加载温度场边界条件； 在材料属性中将导热系数和热容乘以罚函数； 确定所述散热模型的约束条件和最小化 域内几何平均温度的优化目标。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述校核所述导冷结构拓扑构型是否满足 设计指标之前， 还 包括： 对所述导冷结构拓扑构型进行平 滑处理； 所述校核所述 导冷结构拓扑构型 是否满足设计指标， 包括： 校核平滑处理后的所述 导冷结构拓扑构型 是否满足设计指标。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述对所述多目标加权优化模型进行多目 标热力耦合拓扑优化， 得到导冷结构拓扑构型， 包括： 基于移动渐近线算法(The  method ofmoving  asymptotes， MMA)对所述多目标加权优 化模型进行多目标热力耦合拓扑优化， 得到导冷结构拓扑构型； 其中， 优化容差为0.001， 最 大迭代次数为10 0次。 6.一种基于 拓扑优化的导冷结构设计装置， 其特 征在于， 包括： 建立单元， 用于建立轻量化模型和散热模型； 其中， 所述轻量化模型为导冷结构轻量化 拓扑优化模型， 所述散热模型为 导冷结构散热拓扑优化模型； 确定单元， 用于确定所述轻量 化模型的优化条件， 并确定所述散热模型的优化条件； 加权单元， 用于按加权系数将所述轻量化模型和所述散热模型加权， 得到多目标加权 优化模型； 优化单元， 用于对所述多目标加权优化模型进行多目标热力耦合拓扑优化， 得到导冷 结构拓扑构型；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422804 A 2校核单元， 用于校核所述 导冷结构拓扑构型 是否满足设计指标； 若所述导冷结构拓扑构型不满足所述设计指标， 返回所述优化单元执行所述对所述多 目标加权优化模型进行多目标热力耦合拓扑优化， 得到导冷结构拓扑构型， 直至获得满足 所述设计指标的导冷结构拓扑构型为止 。 7.根据权利要求6所述的装置， 其特征在于， 所述确定单元确定所述轻量化模型的优化 条件时， 具体用于： 确定所述轻量 化模型的拓扑优化 域； 加载力学边界条件和热力耦合 边界条件； 在材料属性中将杨氏模量、 导热系数及热容乘以罚函数； 确定所述轻量 化模型的约束条件和最小化总应 变能的优化目标。 8.根据权利要求6所述的装置， 其特征在于， 所述确定单元确定所述散热模型的优化条 件时， 具体用于： 确定所述散热模型的拓扑优化 域； 确定冷量输入端和冷量传输终端， 加载温度场边界条件； 在材料属性中将导热系数和热容乘以罚函数； 确定所述散热模型的约束条件和最小化 域内几何平均温度的优化目标。 9.根据权利要求6所述的装置， 其特 征在于， 所述校核单 元还用于： 对所述导冷结构拓扑构型进行平 滑处理； 所述校核单 元校核所述 导冷结构拓扑构型 是否满足设计指标时， 具体用于： 校核平滑处理后的所述 导冷结构拓扑构型 是否满足设计指标。 10.根据权利要求6所述的装置， 其特征在于， 所述优化单元对所述多目标加权优化模 型进行多目标 热力耦合拓扑优化， 得到导冷结构拓扑构型时， 具体用于： 基于移动渐近线算法(The  method ofmoving  asymptotes， MMA)对所述多目标加权优 化模型进行多目标热力耦合拓扑优化， 得到导冷结构拓扑构型； 其中， 优化容差为0.001， 最 大迭代次数为10 0次。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422804 A 3