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一种热超构器件的拓扑优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)采用全参数各向异性热传导张量空间描述任意混合材料结构的等效热传导张量集合，并确定二相混合材料的全参数各向异性热传导张量空间的大小和形状；(2)基于数值均匀化方法建立优化热超构器件的拓扑功能单胞构型与宏观等效热传导张量之间的关系，进而建立可遍历全参数各向异性空间的拓扑功能单胞设计模型；同时计算待优化热超构器件所需的理论热传导张量；(3)基于拓扑功能单胞设计模型及计算得到的理论热传导张量设计超热构器件的拓扑结构。

本发明属于结构优化相关技术领域，其公开了一种热超构器件及其拓扑优化设计方法与制备方法，该设计方法包括以下步骤：(1)采用全参数各向异性热传导张量空间描述任意混合材料结构的等效热传导张量集合，并确定二相混合材料的全参数各向异性热传导张量空间的大小和形状；(2)基于数值均匀化方法建立优化热超构器件的拓扑功能单胞构型与宏观等效热传导张量之间的关系，进而建立可遍历全参数各向异性空间的拓扑功能单胞设计模型；同时计算待优化热超构器件所需的理论热传导张量；(3)基于拓扑功能单胞设计模型及计算得到的理论热传导张量设计超热构器件的拓扑结构。本发明可以高效和准确的逆向设计具有特定热传导张量属性的拓扑功能单胞。

热导率作为材料的基础热属性决定了热流在现代工业产品中的扩散路径和大小，然而各向同性的传统自然材料在操纵热流时力不从心。为增强传统自然材料操纵热流的能力，通过将不同的自然材料混合可以产生更大范围的等效热导率，这种方式被广泛应用于热超构材料的设计中。当多种各向同性材料混合时，由于给定材料的体积分数比和热导率不同，等效热导率可以在各给定材料的最大和最小热导率范围内出现一个非均匀的、各向异性的值。通常，热超构材料的超常热功能依赖于各向异性的热传导张量材料参数，而热传导张量各个分量在设计结构时经常是相互依赖的，并被限制在一个有限的参数空间内。

目前，针对设计全参数各向异性热传导张量空间内特定值的结构，传统的设计方法一般有两种：第一种是基于有效介质理论，通过试错法，使得设计结构的宏观等效属性逐渐逼近目标热传导张量属性，这种方法设计效率和精度低，且受到经验设计的影响。第二种方法是提前规定混合材料结构的构型，再选择合适的材料和合适的体积分数比，但是这种方法最大的缺点是，可能寻找不到合适热导率的材料，即使能找到合适热热导率的材料，这两种材料之间的接触热阻可能也是一个很大的问题需要解决

华中科技大学（Huazhong University of Science and Technology），简称华中大、华科大 ，位于湖北省武汉市，是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学、位列国家“双一流”“985工程”“211工程”、入选“强基计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、国家大学生创新性实验计划、国家级大学生创新创业训练计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、国家级新工科研究与实践项目、基础学科拔尖学生培养计划2.0，是学位授权自主审核单位、全国深化创新创业教育改革示范高校、一流网络安全学院建设示范项目高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校、教育部来华留学示范基地，为中欧工程教育平台成员和医学“双一流”建设联盟 、国际应用科技开发协作网 、全球能源互联网大学联盟成员。

1.本发明建立的可遍历全参数各向异性空间的拓扑功能单胞设计模型可以高效和准确的逆向设计具有特定热传导张量属性的拓扑功能单胞，解决了传统特定热传导张量结构设计方法效率低、设计依赖经验、材料选择难等难题。

2.设计热超构器件时，提出了区域散射抵消方法计算各子区域所需的理论热传导张量，发展了散射抵消方法，提高了散射抵消方法的设计灵活性。

3.提出了全参数各向异性热传导张量空间的概念，以用于表达描述任意混合材料结构的等效热传导张量集合，为实现特定热属性的结构设计与材料选择提供是否可行的指导。

4.本发明设计的热超构器件，基于增材制造技术制备，具有很强的可靠性和制造精度。

5.本发明提出的设计方法具有普适性，适用于设计二维和三维拓扑功能单胞，制备的热超构器件适用于稳态和瞬态情况。

本专利成果采用技术转让，技术入股，技术合作等成果转化方式，希望进一步实现该专利的有益效果，有兴趣皆可面议。