Systematic enumeration and identification of unique 3D spatial topologies of complex engineering systems (such as automotive cooling systems, electric power trains, satellites, and aero-engines) are essential to navigation of these expansive design spaces with the goal of identifying new spatial configurations that can satisfy challenging system requirements. However, efficient navigation through discrete 3D spatial topology (ST) options is a very challenging problem due to its combinatorial nature and can quickly exceed human cognitive abilities at even moderate complexity levels. This article presents a new, efficient, and scalable design framework that leverages mathematical spatial graph theory to represent, enumerate, and identify distinctive 3D topological classes for a generic 3D engineering system, given its system architecture (SA) -- its components and their interconnections. First, spatial graph diagrams (SGDs) are generated for a given SA from zero to a specified maximum number of interconnect crossings. Then, corresponding Yamada polynomials for all the planar SGDs are generated. SGDs are categorized into topological classes, each of which shares a unique Yamada polynomial. Finally, within each topological class, 3D geometric models are generated using the spatial graph diagrams (SGDs) having different numbers of interconnect crossings. Selected case studies are presented to illustrate the different features of our proposed framework, including an industrial engineering design application: ST enumeration of a 3D automotive fuel cell cooling system (AFCS). Design guidelines are also provided for practicing engineers to aid the application of this framework to different types of real-world problems such as configuration design and spatial packaging optimization.


翻译:复杂工程系统(如汽车冷却系统、电力传动系统、卫星和航空发动机)独特三维空间拓扑的系统性枚举与识别,对于导航这些广阔设计空间、寻找能够满足严苛系统需求的新空间构型至关重要。然而,由于离散三维空间拓扑选项的组合特性,即使在中低复杂度层次,高效导航此类选项即构成极具挑战性的问题,并会迅速超出人类认知能力。本文提出一种新颖、高效且可扩展的设计框架,该框架利用数学空间图论,针对给定系统架构(即组件及其互连关系),对通用三维工程系统进行表征、枚举和辨识不同的三维拓扑类别。首先,针对给定系统架构,生成从零至指定最大互连交叉数的空间图示意图。随后,计算所有平面空间图示意图对应的Yamada多项式。空间图示意图被归类至拓扑类别中,每个类别共享唯一的Yamada多项式。最后,在每个拓扑类别内,利用具有不同互连交叉数的空间图示意图生成三维几何模型。通过选定的案例研究展示了所提框架的不同特性,包括一项工业工程设计应用:三维汽车燃料电池冷却系统的空间拓扑枚举。同时为实践工程师提供了设计指南,以辅助该框架应用于不同类型现实问题,如构型设计与空间布局优化。

0
下载
关闭预览

相关内容

《工程》是中国工程院(CAE)于2015年推出的国际开放存取期刊。其目的是提供一个高水平的平台,传播和分享工程研发的前沿进展、当前主要研究成果和关键成果;报告工程科学的进展,讨论工程发展的热点、兴趣领域、挑战和前景,在工程中考虑人与环境的福祉和伦理道德,鼓励具有深远经济和社会意义的工程突破和创新,使之达到国际先进水平,成为新的生产力,从而改变世界,造福人类,创造新的未来。 期刊链接:https://www.sciencedirect.com/journal/engineering
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+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
47+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
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+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
47+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
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员