大温度梯度瞬态热环境下承载隔热结构的拓扑优化OA

针对大温度梯度瞬态热环境下,承载隔热结构拓扑优化中温度依赖材料属性引起的控制方程强非线性、求解与灵敏度计算代价高及瞬态温度约束难以稳定施加等问题,提出了一种面向温度依赖材料属性的加速线性化拓扑优化模型,并建立了从数值优化、增材制造到实验验证的完整研究流程.该模型采用近似线性瞬态热传导策略,在优化过程中同时考虑材料热性能的温度依赖性与瞬态热效应,并在伴随灵敏度分析中引入平滑最大值聚合函数,实现温控区域全时域峰值温度约束.结果表明:与COMSOL仿真结果相比,所建模型的有限元温度预测平均相对误差不超过0.57%;在数值算例中,瞬态温度场求解效率提高约6倍,在保证计算精度的同时显著降低了计算成本.进一步采用选区激光熔化制备GH4169骨架并填充气凝胶开展实验,在600℃瞬态热载荷下,实验与仿真温度偏差不超过6.45%.所提出方法能够实现极端热梯度环境下承载隔热结构的瞬态温度约束拓扑优化,并具有较好的工程可行性.