[發(fā)明專利]基于拓?fù)鋬?yōu)化的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211077621.0
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115422804A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵晴;王愛彬;胡浩;于淼
• 申請（專利權(quán)）人: 中車長春軌道客車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/06;G06F119/08
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 張倩

本申請?zhí)峁┮环N基于拓?fù)鋬?yōu)化的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和裝置，方法包括，建立輕量化模型和散熱模型；輕量化模型為導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)輕量化拓?fù)鋬?yōu)化模型，散熱模型為導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)散熱拓?fù)鋬?yōu)化模型；分別確定輕量化模型的優(yōu)化條件和散熱模型的優(yōu)化條件；對輕量化模型和散熱模型加權(quán)得到的多目標(biāo)加權(quán)優(yōu)化模型進(jìn)行多目標(biāo)熱力耦合拓?fù)鋬?yōu)化，獲得滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型。本方案通過加權(quán)輕量化模型和散熱模型，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力場和溫度場耦合優(yōu)化，從而獲得同時(shí)滿足多個(gè)物理場設(shè)計(jì)指標(biāo)的構(gòu)型，提高設(shè)計(jì)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于拓?fù)鋬?yōu)化的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和裝置。

背景技術(shù)

超導(dǎo)磁體是指超深冷下用具有高轉(zhuǎn)變溫度和臨界磁場特別高的第二類超導(dǎo)體制成線圈的一種電磁體。超導(dǎo)磁體所在的超深冷、強(qiáng)磁場、高真空工況下由導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)維持。要使超導(dǎo)磁體在消耗更低的電能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的磁場強(qiáng)度，就需要盡量提高導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)的散熱效率，并盡量減輕導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

目前設(shè)計(jì)導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)時(shí)一般采用單一物理場設(shè)計(jì)迭代的方法，例如先基于應(yīng)力場設(shè)計(jì)，得到應(yīng)力場設(shè)計(jì)指標(biāo)的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)，再基于溫度場設(shè)計(jì)，以滿足溫度場設(shè)計(jì)指標(biāo)，然而基于溫度場設(shè)計(jì)時(shí)容易改動之前基于應(yīng)力場設(shè)計(jì)出的參數(shù)，導(dǎo)致導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)又不滿足應(yīng)力場的設(shè)計(jì)指標(biāo)。因此，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法需要在不同物理場之間反復(fù)迭代，設(shè)計(jì)效率低。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于拓?fù)鋬?yōu)化的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和裝置，以提供一種高效的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)方案。

本申請第一方面提供一種基于拓?fù)鋬?yōu)化的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，包括：

建立輕量化模型和散熱模型；其中，所述輕量化模型為導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)輕量化拓?fù)鋬?yōu)化模型，所述散熱模型為導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)散熱拓?fù)鋬?yōu)化模型；

確定所述輕量化模型的優(yōu)化條件，并確定所述散熱模型的優(yōu)化條件；

按預(yù)設(shè)的加權(quán)系數(shù)將所述輕量化模型和所述散熱模型加權(quán)，得到多目標(biāo)加權(quán)優(yōu)化模型；

對所述多目標(biāo)加權(quán)優(yōu)化模型進(jìn)行多目標(biāo)熱力耦合拓?fù)鋬?yōu)化，得到導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型；

校核所述導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)；

若所述導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型不滿足所述設(shè)計(jì)指標(biāo)，返回執(zhí)行所述對所述多目標(biāo)加權(quán)優(yōu)化模型進(jìn)行多目標(biāo)熱力耦合拓?fù)鋬?yōu)化，得到導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型，直至獲得滿足所述設(shè)計(jì)指標(biāo)的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型為止。

可選的，所述確定所述輕量化模型的優(yōu)化條件，包括：

確定所述輕量化模型的拓?fù)鋬?yōu)化域；

加載力學(xué)邊界條件和熱力耦合邊界條件；

在材料屬性中將楊氏模量、導(dǎo)熱系數(shù)及熱容乘以罰函數(shù)；

確定所述輕量化模型的約束條件和最小化總應(yīng)變能的優(yōu)化目標(biāo)。

可選的，所述確定所述散熱模型的優(yōu)化條件，包括：

確定所述散熱模型的拓?fù)鋬?yōu)化域；

確定冷量輸入端和冷量傳輸終端，加載溫度場邊界條件；

在材料屬性中將導(dǎo)熱系數(shù)和熱容乘以罰函數(shù)；

確定所述散熱模型的約束條件和最小化域內(nèi)幾何平均溫度的優(yōu)化目標(biāo)。

可選的，所述校核所述導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)之前，還包括：

對所述導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型進(jìn)行平滑處理；

所述校核所述導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，包括：

校核平滑處理后的所述導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。