基于等几何形状优化的超材料热操控器设计
计算工程、金融与科学
2022-05-19 v1
摘要
受控热流操控因可提高热装置效率而日益受到关注。热操控器控制并操纵热流。此类热操控器有效性能的关键在于其热设计。这种设计可通过单元晶格的周期性组装（称为超材料或超结构）实现，其几何与材料属性可针对特定目标优化。本工作中，我们聚焦于基于热超材料的热操控器，如热集中器（将热流集中于域的指定区域）。当前工作的主要范围是利用粒子群优化（PSO）方法优化热操控器的形状。几何由 NURBS 基函数定义，因其更高的光滑性与连续性，且热边值问题通过等几何分析（IGA）求解。通常，以节点为设计变量（如 Lagrange 有限元法中）会产生锯齿状边界，需后续光滑化。对于以控制点为设计变量的基于 NURBS 的边界，所需光滑性可通过节点矢量预先定义，从而避免后处理中的光滑化。PSO 生成的优化形状与文献中采用的其它形状进行比较。还展示了设计变量数量、所用材料热导率以及部分几何参数对最优形状的影响。
引用
@article{arxiv.2205.08775,
title = {Design of metamaterial-based heat manipulators by isogeometric shape optimization},
author = {Chintan Jansari and Stéphane P. A. Bordas and Elena Atroshchenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.08775},
year = {2022}
}