拓扑优化技术自1988年被提出以来已经得到了很大发展,目前针对结构力学领域的研究已经相当成熟,并且扩展到了传热问题以及多场耦合等领域,而后者依旧处于发展阶段。对于现代机械工业和电子工业来说,热结构体的传热结构设计是很重要的,如计算机芯片的散热方式设计,热机内部冷却液管道设计等等。现如今该领域的设计离不开热力学计算、散热实验等,最重要的是设计人员的经验。但是散热器的设计因领域而异,因设备而异,不同产品的散热器是怎样的拓扑结构,是一个很重要的问题。而将拓扑优化思想引入散热器工业设计是一种新的思路。其方法是:要找到合适的目标函数,设计变量等,通过优化该结构在一定约束下的目标函数,得到满足该目标的拓扑结构,而后由概念设计阶段进入实际设计阶段,设计散热器的具体形式与结构。本文基于混合元胞自动机(HCA)方法,通过Matlab动态更新LS-DYNA关键字文件中的热材料属性及材料参数,采用变密度法开展了热载荷下的传热结构拓扑优化研究。本文主要内容包括:(1)在元胞自动机(CA)理论的基础上,建立了元胞自动机和LS-DYNA的联合仿真系统,并且实现了自动迭代计算。(2)分析了拓扑优化中变密度法,基于固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)将结构力学的拓扑优化方法应用到热传导材料的拓扑优化设计中,建立了热传导结构的数学模型,作为得到具有良好散热效果的拓扑优化结果的基础。(3)对于具有高导热系数的低温材料和具有较高发热率的热源材料,通过优化高导热材料在结构中的布局以实现内部温度的降低,是实现温度场冷却的重要措施。基于SIMP法以高导热材料的相对密度为传热路径的描述参数,建立热传导系数和生热率的相对密度关系,以最小散热弱度为目标函数,获得高导热材料较为科学的结构分布,并通过数值算例加以验证。