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考虑嵌入移动孔洞的多相材料布局优化
被引量：
5
1
作者
王选
胡平
龙凯
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2019年第3期852-862,共11页
工程结构设计问题中经常需要预先嵌入一个或多个固定形状的孔洞以满足某些功能性或者制造性设计要求.为了有效求解这种带有嵌入可移动孔洞的多相材料连续体结构布局优化问题,通常需要同时优化这些嵌入孔洞的位置和方向及多相材料结构的...
工程结构设计问题中经常需要预先嵌入一个或多个固定形状的孔洞以满足某些功能性或者制造性设计要求.为了有效求解这种带有嵌入可移动孔洞的多相材料连续体结构布局优化问题,通常需要同时优化这些嵌入孔洞的位置和方向及多相材料结构的拓扑构型,以改善结构的整体性能.为此,本文采用参数化的水平集函数描述嵌入孔洞的几何形状,并将定义多相材料结构拓扑的材料密度以及描述嵌入孔洞的位置和方向的几何参数视为所考虑优化问题的设计变量.为了避免由于孔洞移动造成的重新划分网格的繁琐及改善计算效率,使用平滑化的Heaviside函数将所有嵌入孔洞映射为固定网格上的密度场.同时,提出了一种在有限元水平上调用的类SIMP材料插值格式,用于优化问题的材料参数化,进而实现多相材料结构拓扑构型和嵌入孔洞位置和方向的同步优化.这种材料插值格式便于几何变量的解析灵敏度分析,使得当前的优化问题可以用基于梯度的优化算法求解.优化算例证明所提方法可以有效地处理带有多个嵌入孔洞的多相材料结构布局优化问题.
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关键词
布局优化
移动孔洞
多相材料
SIMP方法
拓扑优化
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职称材料
基于移动可变形孔洞方法的超弹性结构拓扑优化
被引量：
7
2
作者
薛日野
杜宗亮
郭旭
《计算力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第4期441-447,共7页
现有隐式拓扑优化方法在进行超弹性结构拓扑优化设计时,具有设计变量多、中间设计有限元分析存在严重的收敛性和设计结果无法直接导入CAD/CAE系统等问题。为解决这些问题,提出了一种基于移动可变形孔洞的显式拓扑优化方法来进行承受大...
现有隐式拓扑优化方法在进行超弹性结构拓扑优化设计时,具有设计变量多、中间设计有限元分析存在严重的收敛性和设计结果无法直接导入CAD/CAE系统等问题。为解决这些问题,提出了一种基于移动可变形孔洞的显式拓扑优化方法来进行承受大变形的超弹性结构设计,材料本构采用常用的Mooney-Rivlin模型。首先,介绍了移动可变形孔洞方法的基本思想和可变形孔洞的显式描述方法;其次,构造了基于移动可变形孔洞方法的超弹性结构拓扑优化的数学列式,给出了相应的灵敏度结果;最后,通过数值算例验证了本方法的有效性。数值结果表明,该方法可以通过较少的设计变量和非常稳健的优化过程,给出边界由B样条曲线描述且可与CAD/CAE软件无缝连接的超弹性结构设计。
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关键词
拓扑优化
移动
可变形
孔洞
B样条曲线
超弹性结构
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职称材料
基于扩散模型的高阶拓扑绝缘体实时设计
3
作者
徐志昂
骆嘉晨
+2 位作者
丁相贵
杜宗亮
郭旭
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期1840-1848,共9页
作为一种全新的波控工具,高阶拓扑绝缘体可以将能量鲁棒高效地局域化在低维空间,且对缺陷不敏感.在光子和声子系统中,高阶拓扑绝缘体的快速设计仍然是一项挑战.采用移动可变形孔洞法显式描述C4v对称的单胞构型,并结合能带理论和对称指...
作为一种全新的波控工具,高阶拓扑绝缘体可以将能量鲁棒高效地局域化在低维空间,且对缺陷不敏感.在光子和声子系统中,高阶拓扑绝缘体的快速设计仍然是一项挑战.采用移动可变形孔洞法显式描述C4v对称的单胞构型,并结合能带理论和对称指标刻画其性能(拓扑性质和非平凡带隙宽度).在此基础上,构建了包含几何参数、无量纲化带隙宽度与拓扑性质指标的高阶拓扑绝缘体数据集,并提出了一种基于去噪扩散概率模型(denoising diffusion probabilistic model,DDPM)的实时设计框架.相比采用其他生成式模型的设计框架,DDPM有效避免了训练不稳定和生成保真度低等问题.该框架可以精准且快速地按目标需求或最大化带隙宽度逆向设计力学高阶拓扑绝缘体,在单机上生成所需设计的平均相对误差在3.5%以内,平均耗时仅需0.01 s,相比传统逆向设计方法效率提升6~7个数量级.通过使用Wasserstein距离度量逆向设计样本的多样性,该框架相较基于深度学习代理模型的优化设计结果,表现出更高的生成结果多样性.此外,所得设计具有显式描述的几何信息,可以直接与CAD/CAE软件结合,避免了隐式描述算法中的后处理步骤.这种基于DDPM的实时设计框架可扩展应用于多物理场拓扑材料和其他类型超材料的逆向设计,并为构建声子和光子拓扑材料的数据库提供了基础.
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关键词
高阶拓扑绝缘体
实时设计
去噪扩散概率模型
移动
可变形
孔洞
法
对称指标理论
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职称材料
题名
考虑嵌入移动孔洞的多相材料布局优化
被引量：
5
1
作者
王选
胡平
龙凯
机构
大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室
合肥工业大学土木与水利工程学院
华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室
出处
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2019年第3期852-862,共11页
基金
国家自然科学基金(11872017)
北京市自然科学基金(2182067)资助项目
文摘
工程结构设计问题中经常需要预先嵌入一个或多个固定形状的孔洞以满足某些功能性或者制造性设计要求.为了有效求解这种带有嵌入可移动孔洞的多相材料连续体结构布局优化问题,通常需要同时优化这些嵌入孔洞的位置和方向及多相材料结构的拓扑构型,以改善结构的整体性能.为此,本文采用参数化的水平集函数描述嵌入孔洞的几何形状,并将定义多相材料结构拓扑的材料密度以及描述嵌入孔洞的位置和方向的几何参数视为所考虑优化问题的设计变量.为了避免由于孔洞移动造成的重新划分网格的繁琐及改善计算效率,使用平滑化的Heaviside函数将所有嵌入孔洞映射为固定网格上的密度场.同时,提出了一种在有限元水平上调用的类SIMP材料插值格式,用于优化问题的材料参数化,进而实现多相材料结构拓扑构型和嵌入孔洞位置和方向的同步优化.这种材料插值格式便于几何变量的解析灵敏度分析,使得当前的优化问题可以用基于梯度的优化算法求解.优化算例证明所提方法可以有效地处理带有多个嵌入孔洞的多相材料结构布局优化问题.
关键词
布局优化
移动孔洞
多相材料
SIMP方法
拓扑优化
Keywords
layout optimization
movable holes
multi-material
SIMP method
topology optimization
分类号
TB303 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
基于移动可变形孔洞方法的超弹性结构拓扑优化
被引量：
7
2
作者
薛日野
杜宗亮
郭旭
机构
大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室国际计算力学研究中心
出处
《计算力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第4期441-447,共7页
基金
国家自然科学基金(11402048
11472065)资助项目
文摘
现有隐式拓扑优化方法在进行超弹性结构拓扑优化设计时,具有设计变量多、中间设计有限元分析存在严重的收敛性和设计结果无法直接导入CAD/CAE系统等问题。为解决这些问题,提出了一种基于移动可变形孔洞的显式拓扑优化方法来进行承受大变形的超弹性结构设计,材料本构采用常用的Mooney-Rivlin模型。首先,介绍了移动可变形孔洞方法的基本思想和可变形孔洞的显式描述方法;其次,构造了基于移动可变形孔洞方法的超弹性结构拓扑优化的数学列式,给出了相应的灵敏度结果;最后,通过数值算例验证了本方法的有效性。数值结果表明,该方法可以通过较少的设计变量和非常稳健的优化过程,给出边界由B样条曲线描述且可与CAD/CAE软件无缝连接的超弹性结构设计。
关键词
拓扑优化
移动
可变形
孔洞
B样条曲线
超弹性结构
Keywords
topology optimization
Moving Morphable Void(MMV)
B-spline
hyperelastic structure
分类号
O343 [理学—固体力学]
O224 [理学—运筹学与控制论]
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职称材料
题名
基于扩散模型的高阶拓扑绝缘体实时设计
3
作者
徐志昂
骆嘉晨
丁相贵
杜宗亮
郭旭
机构
大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室
波士顿大学机械工程系
大连理工大学宁波研究院
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期1840-1848,共9页
基金
国家自然科学基金(12002073,12372122)
辽宁省应用基础研究计划(2023JH2/101600044)资助项目。
文摘
作为一种全新的波控工具,高阶拓扑绝缘体可以将能量鲁棒高效地局域化在低维空间,且对缺陷不敏感.在光子和声子系统中,高阶拓扑绝缘体的快速设计仍然是一项挑战.采用移动可变形孔洞法显式描述C4v对称的单胞构型,并结合能带理论和对称指标刻画其性能(拓扑性质和非平凡带隙宽度).在此基础上,构建了包含几何参数、无量纲化带隙宽度与拓扑性质指标的高阶拓扑绝缘体数据集,并提出了一种基于去噪扩散概率模型(denoising diffusion probabilistic model,DDPM)的实时设计框架.相比采用其他生成式模型的设计框架,DDPM有效避免了训练不稳定和生成保真度低等问题.该框架可以精准且快速地按目标需求或最大化带隙宽度逆向设计力学高阶拓扑绝缘体,在单机上生成所需设计的平均相对误差在3.5%以内,平均耗时仅需0.01 s,相比传统逆向设计方法效率提升6~7个数量级.通过使用Wasserstein距离度量逆向设计样本的多样性,该框架相较基于深度学习代理模型的优化设计结果,表现出更高的生成结果多样性.此外,所得设计具有显式描述的几何信息,可以直接与CAD/CAE软件结合,避免了隐式描述算法中的后处理步骤.这种基于DDPM的实时设计框架可扩展应用于多物理场拓扑材料和其他类型超材料的逆向设计,并为构建声子和光子拓扑材料的数据库提供了基础.
关键词
高阶拓扑绝缘体
实时设计
去噪扩散概率模型
移动
可变形
孔洞
法
对称指标理论
Keywords
higher-order topological insulators
real-time design
DDPM
moving morphable voids
symmetry indicator theory
分类号
O369 [理学—流体力学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
考虑嵌入移动孔洞的多相材料布局优化
王选
胡平
龙凯
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2019
5
下载PDF
职称材料
2
基于移动可变形孔洞方法的超弹性结构拓扑优化
薛日野
杜宗亮
郭旭
《计算力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
7
下载PDF
职称材料
3
基于扩散模型的高阶拓扑绝缘体实时设计
徐志昂
骆嘉晨
丁相贵
杜宗亮
郭旭
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
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