In traditional topology optimization, the computing time required to iteratively update the material distribution within a design domain strongly depends on the complexity or size of the problem, limiting its application in real engineering contexts. This work proposes a multi-stage machine learning strategy that aims to predict an optimal topology and the related stress fields of interest, either in 2D or 3D, without resorting to any iterative analysis and design process. The overall topology optimization is treated as regression task in a low-dimensional latent space, that encodes the variability of the target designs. First, a fully-connected model is employed to surrogate the functional link between the parametric input space characterizing the design problem and the latent space representation of the corresponding optimal topology. The decoder branch of an autoencoder is then exploited to reconstruct the desired optimal topology from its latent representation. The deep learning models are trained on a dataset generated through a standard method of topology optimization implementing the solid isotropic material with penalization, for varying boundary and loading conditions. The underlying hypothesis behind the proposed strategy is that optimal topologies share enough common patterns to be compressed into small latent space representations without significant information loss. Results relevant to a 2D Messerschmitt-B\"olkow-Blohm beam and a 3D bridge case demonstrate the capabilities of the proposed framework to provide accurate optimal topology predictions in a fraction of a second.


翻译:传统拓扑优化中,迭代更新设计域内材料分布所需的计算时间严重依赖于问题的复杂度或规模,这限制了其在真实工程场景中的应用。本文提出一种多阶段机器学习策略,旨在无需任何迭代分析与设计流程即可预测二维或三维问题中的最优拓扑结构及相关应力场。整体拓扑优化被处理为低维潜在空间中的回归任务,该空间编码了目标设计变量的变异性。首先,采用全连接模型拟合表征设计问题的参数化输入空间与对应最优拓扑潜在空间表示之间的函数映射关系。随后,利用自编码器的解码分支从潜在表示中重建期望的最优拓扑。深度学习模型通过标准拓扑优化方法(采用固体各向同性材料惩罚法)生成的数据集进行训练,该数据集包含不同边界条件与载荷工况。该策略的核心假设在于:最优拓扑共享足够的共同模式,可被压缩为小规模潜在空间表示且无明显信息损失。二维梅塞施密特-伯尔科-布洛姆梁与三维桥梁案例的结果表明,所提框架能在亚秒级时间内提供精确的最优拓扑预测。

0
下载
关闭预览

相关内容

 DiffRec: 扩散推荐模型(SIGIR'23)
专知会员服务
48+阅读 · 2023年4月16日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年3月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月8日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月22日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
3+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
8+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
6+阅读 · 5月29日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员