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基于变密度法研究了稳态热传导条件下散热结构拓扑优化设计问题。以材料密度为设计变量，材料体分比为约束，建立了以结构散热弱度最小化为目标的拓扑优化模型。在传统优化准则法中引入灰度过滤，采用敏度过滤和灰度过滤相结合的过滤机制，实现设计变量的更新，有效抑制了中间密度单元的产生；将预处理共轭梯度法引入到三维散热结构拓扑优化设计中，极大地提高了计算效率。最后采用二维和三维的算例，验证了本文所构建模型和提出方法的合理性和有效性。