Topology optimization of thermal–fluid problem using the MMC-based approach

拓扑优化 最大化 传热 缩小 有限元法 曲率 拓扑(电路) 消散 二次方程 数学 工程设计过程 计算机科学 数学优化 应用数学 机械 几何学 机械工程 工程类 结构工程 物理 组合数学 热力学
作者
Minghao Yu,Shilun Ruan,Xinyu Wang,Zheng Li,Changyu Shen
出处
期刊:Structural and Multidisciplinary Optimization [Springer Science+Business Media]
卷期号:60 (1): 151-165 被引量:66
标识
DOI:10.1007/s00158-019-02206-w
摘要

The moving morphable components (MMC)-based approach has advantages in describing geometry explicitly, feature size controlling, etc., and it has been successfully used for the topology design of bearing structures. In this work, the MMC-based approach is extended to thermal-fluid design which is formulated as a heat transfer maximization and fluid power dissipation minimization problem controlled by Navier–Stokes (N–S) and energy balance equations. Aiming at describing the geometry of bend pipes which usually have a larger curvature than the bearing structures, a cubic order component with elliptic joints is proposed. In order to limit the minimum width of pipes according to the manufacturing capacity, a feature size control technique is developed. The algorithm is investigated on a two-dimensional numerical model by comparing with density-based method and MMC approach with quadratic components. In our tests, besides the advantage of feather size controlling, the developed MMC also achieves lower objective values than the other two methods.
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