Density-based topology optimization methods such as SIMP enable efficient topological exploration but produce diffuse material boundaries that require interpretation before manufacturing. Level-set methods maintain sharp interfaces but are sensitive to the initial design. This paper presents a sequential framework that addresses these complementary limitations through a signed distance function (SDF)-based geometry transfer, formulated for three-dimensional meshes. The SIMP density distribution is converted into an SDF that initializes subsequent level-set boundary refinement. From the level-set perspective, the SIMP-derived initialization mitigates sensitivity to the initial design. From the SIMP perspective, the level-set stage acts as optimization-driven post-processing that produces manufacturing-ready boundaries. Validation on three-dimensional cantilever and MBB benchmarks demonstrates compliance comparable to standalone level-set optimization, with up to 4.6x wall-clock speedup on the cantilever case. The full implementation is released under an open-source license to support reproducibility.


翻译:基于密度的拓扑优化方法(如SIMP)能够实现高效的拓扑探索,但会产生模糊的材料边界,在制造前需要解释。水平集方法保持清晰的界面,但对初始设计敏感。本文提出了一种顺序框架,通过基于符号距离函数(SDF)的几何传递来解决这些互补限制,该框架针对三维网格进行公式化。SIMP密度分布被转换为SDF,用于初始化后续的水平集边界细化。从水平集的角度来看,SIMP导出的初始化缓解了对初始设计的敏感性。从SIMP的角度来看,水平集阶段充当优化驱动的后处理,产生可制造的边界。在三维悬臂梁和MBB基准上的验证表明,其合规性与独立水平集优化相当,在悬臂梁案例中实现了高达4.6倍的时钟加速。完整的实现已在开源许可下发布,以支持可重复性。

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