Phasor noise for efficient 3D dehomogenisation

doi:10.1007/s00158-025-04074-z

2025-10-15

Rebekka V. Woldseth

Peter Dørffler Ladegaard Jensen

Ole Sigmund *

DOI：10.1007/s00158-025-04074-z

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摘要

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基于均质化的拓扑优化为3D高分辨率轻质机械结构的逆向设计提供了一种计算效率高的方法。通过考虑周期性微观结构的均质化表示，优化可以应用于较粗的网格，而优化的多尺度结果允许在称为去均质化的后处理步骤中上采样到单尺度几何形状。执行3D去均质化的现有方法面临高计算复杂度的挑战，或者由于它们的全局性质，在方向奇异性及不连续性方面缺乏鲁棒性。相量噪声是一种紧凑参数化的图案生成算法，已被证明在计算效率与解质量之间的权衡方面，对2D去均质化有显著改进。设计表示在去均质化过程的每个中间步骤中都是连续且周期性的。这保持了相量噪声公式在整个过程中的计算优势，并确保最终的多尺度设计具有适当的长度尺度和厚度。基于相量的公式基于空间位置和距离，使其本质上与网格无关。本文将2D基于相量的去均质化过程扩展到3D。需要对更一般的3D优化结果进行改进性能的适应性调整，特别是在确保适当的结构连接性方面。此外，提出了一种在去均质化设计中引入局部填充的新方法，进一步改善了增材制造的设计过程。所提出的去均质化过程已与软件公司nTopology合作实施，利用nTop软件的隐式几何内核来利用相量噪声框架的隐式和连续特性。

Keyword:

Topology optimisation

Dehomogenisation

Multiscale

Procedural noise

Phasor field

Structural optimisation