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PyTOaCNN: Topology optimization using an adaptive convolutional neural network in Python

delete2025-11-25
delete0
PRE
AI
K
Khaish Singh Chadha
P
Prabhat Kumar *
DOI:10.1007/s00500-025-10919-ydelete
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摘要

摘要

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本文介绍了一种自适应卷积神经网络(CNN)架构,能够自动化处理具有不同底层物理原理的各种拓扑优化(TO)问题。所提出的架构采用编码器-解码器型结构,并在瓶颈区域添加了密集层以捕捉几何特征。为进一步提升网络捕捉复杂几何形状的能力,在密集层中集成了一个具有用户定义神经元的自适应层。TensorFlow和Keras是用于开发与训练模型的主要库。该网络使用特定问题的开源TO代码生成的数据集进行训练。模型以用户输入的体积分数图像为输入,并在训练后即时生成优化设计。为验证所提出的自适应CNN模型的有效性与鲁棒性,进行了包括常载和设计相关载荷的 Compliance 最小化问题以及体积模量优化在内的多种数值实验。该模型为测试问题生成高质量结果,其目标值和体积分数误差与开源TO代码获得的结果相比可忽略不计。为促进可重复性和便于新领域人员的理解,本文还包含了相关的Python代码(附录A)并对其进行了说明。
Keyword:
Topology Optimization
Machine Learning
Python Code
Convolutional Neural Network
Design-Dependent Loads
Bulk Modulus Optimization

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