關(guān)鍵詞：COMSOL；U形渡槽；拓撲優(yōu)化；流固耦合

【模型信息】U形過水斷面半徑和設(shè)計水深為3m，斷面二維效果圖如下。

圖1 U形渡槽過水斷面

【荷載&邊界設(shè)置】耦合接口選擇層流和固體力學(xué)，耦合類型為結(jié)構(gòu)上的流體荷載，設(shè)置水流速為0.1m/s，在渡槽底面固結(jié)。

圖2 流固耦合類型設(shè)置

【優(yōu)化目標函數(shù)設(shè)置】在COMSOL中設(shè)置拓撲優(yōu)化，然后設(shè)置最小應(yīng)變能和閾值體積上限為0.3和0.5。最大迭代次數(shù)為100次，優(yōu)化容差設(shè)置為0.001。

圖3 拓撲優(yōu)化參數(shù)設(shè)置

【優(yōu)化結(jié)果云圖】提取不同閾值優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)云圖。

圖4 流體壓強分布和流速分布云圖

(a) V≤0.3 (b) V≤0.5

圖5 不同閾值下的優(yōu)化截面輪廓

由上圖可以看出，在僅考慮流體荷載的條件下，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)基本呈左右對稱的U形分布， 隨著體積閾值的增大，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)不斷呈向四周擴散的趨勢。

【注】本次模型設(shè)置較為復(fù)雜，其中層流區(qū)域和約束區(qū)域的選擇尤為重要，文中并未展示完全的技巧。

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