基于COMSOL流固耦合的U形渡槽断面拓扑优化 原创

关键词：COMSOL；U形渡槽；拓扑优化；流固耦合

【模型信息】U形过水断面半径和设计水深为3m，断面二维效果图如下。

图1 U形渡槽过水断面

【荷载&边界设置】耦合接口选择层流和固体力学，耦合类型为结构上的流体荷载，设置水流速为0.1m/s，在渡槽底面固结。

图2 流固耦合类型设置

【优化目标函数设置】在COMSOL中设置拓扑优化，然后设置最小应变能和阈值体积上限为0.3和0.5。最大迭代次数为100次，优化容差设置为0.001。

图3 拓扑优化参数设置

【优化结果云图】提取不同阈值优化后的结构云图。

图4 流体压强分布和流速分布云图

(a) V≤0.3 (b) V≤0.5

图5 不同阈值下的优化截面轮廓

由上图可以看出，在仅考虑流体荷载的条件下，优化后的结构基本呈左右对称的U形分布， 随着体积阈值的增大，优化后结构不断呈向四周扩散的趋势。

【注】本次模型设置较为复杂，其中层流区域和约束区域的选择尤为重要，文中并未展示完全的技巧。

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