双用途结构材料：优化分级 BCC 晶格以实现减震与散热
其他凝聚态物理
2026-02-20 v1 应用物理
摘要
体心立方 (BCC) 晶格结构在需要同时实现机械能量吸收和热管理的应用中表现出前景。然而，当前的优化方法通常局限于单一目标，如机械参数（冲击能和峰值应力），忽略了现实性能中多物理场的作用。为此，我们提出了面向密度分级 BCC 晶格的多目标优化框架，有效散热同时最大化吸收冲击能。研究了一个参数化三区域晶格配置，以探索机械与热性能之间的各种权衡。每一设计通过商业求解器进行独立的冲击和强迫对流仿真进行评估。 Specific Energy Absorption (SEA) 和远端峰值应力用于量化冲击吸收性能，而 Nusselt 数和压降用于表征热散失性能。由此数据构建的代理模型使我们能够通过目标规划进行多目标优化，以识别最优设计。识别出两个帕累托最优晶格设计，具有降低的压降和峰值应力，凸显了策略性密度梯度的优势。对最优设计的分析揭示了材料分布和几何设计变量如何影响机械-热权衡，为该多物理场应用中的晶格结构提供了定量设计指南。
引用
@article{arxiv.2602.17561,
title = {Dual-purpose architected materials: Optimizing graded BCC lattices for crashworthiness and heat dissipation},
author = {Jaswanth V Gurudev and Ratna Kumar Annabattula},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.17561},
year = {2026}
}
备注
29 pages, 21 figures