[發明專利]基于球單元的隔熱散熱設計方法

在審

• 申請號: 201610965886.2
• 申請日: 2016-11-04
• 公開（公告）號: CN106649976A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 許得豪;韓品連
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙)44248
• 代理人: 于標

1.一種基于球單元的隔熱散熱設計方法，其特征在于，通過利用拓撲優化的方法設計最優的導熱通道，并通過在產品指定的位置填充球單元或球單元的拓撲結構，從而構造出最優的導熱通道，設計出隔熱或散熱性能優良、同時質量輕強度大的產品。

2.根據權利要求1所述的隔熱散熱設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)定義設計域、載荷和邊界條件；

(2)對導熱區域劃分有限元網格，同時初始化各變量；

(3)利用基于SIMP材料模型的拓撲優化方法，對產品各單元進行有限元分析，求解溫度場，同時設計出最優的導熱通道；

(4)在產品的指定的位置填充球單元或球單元的拓撲結構，從而構造出最優的導熱通道，使產品具有良好的散熱性能；

(5)對設計好內部結構的產品在設計要求的工況下進行有限元分析，得出部件的應力分布與力學性能相關的參數；

(6)對步驟(5)獲得的力學參數進行數據分析、歸納整理，得到系統性、綜合性的力學問題和優化導向，通過改變球單元的材料、結構實現產品所需的強度要求；

(7)對步驟(6)中設計出的結構，進行計算機仿真分析和相關測試驗證部件是否滿足設計需求。

3.根據權利要求1所述的隔熱散熱設計方法，其特征在于，所述球單元或球單元的拓撲結構包括實心球體、空心球殼、帶孔洞的球殼、半球或球體的拓撲結構。

4.根據權利要求2所述的隔熱散熱設計方法，其特征在于，在所述步驟(7)中，包括如下步驟：

(71)通過常規實驗測試3D打印出的產品的基本物理機械性能；

(72)按照部件在實際工作中的工況搭建微縮的試驗平臺，從零逐漸增加載荷，在試驗平臺上對產品進行加載試驗，采用電阻應變片法測試不同載荷條件下部件的變形分布以及變形量變化情況；

(73)將步驟(71)中測量的部件的基本物理機械性能以及基本物理機械性能種類與步驟(72)中的不同載荷條件作為基本輸入值，采用有限元分析軟件進行產品的受力模擬分析；將模擬的變量分析結果與步驟(72)中實測結果進行對照，符合度大于90％則進行下一步，否則返回到(73)調整基本物理機械性能種類及載荷條件，再次進行模擬分析，直到理論和試驗符合度達到要求；

(74)將步驟(73)中調整好的載荷條件、基本物理機械性能種類和(71)中的材料基本物理機械性能作為輸入參數，采用有限元分析軟件進行產品受力模擬分析，從零開始增加載荷力的大小，模擬分析出產品的強度，即可推演出相應產品在實際工況下不會變形過大而失效，能夠承受得住相應的載荷。

5.根據權利要求4所述的隔熱散熱設計方法，其特征在于，在所述步驟(71)中，基本物理機械性能包括：抗拉強度、彈性模量、布氏硬度、泊松比、屈服強度、切線模量和密度。

6.根據權利要求4所述的隔熱散熱設計方法，其特征在于，步驟(71)、(72)、(73)、(74)中所述的載荷條件指的是施加載荷力的大小、力的方向、力的作用點和力的分布情況。

7.根據權利要求4所述的隔熱散熱設計方法，其特征在于，將改進的內部結構設計建立相應的球心的三維位置、球心半徑的結構矩陣，設計出相應的結構算法，利用3D打印技術進行量化生產。