Structural topology optimization, which aims to find the optimal physical structure that maximizes mechanical performance, is vital in engineering design applications in aerospace, mechanical, and civil engineering. Generative adversarial networks (GANs) have recently emerged as a popular alternative to traditional iterative topology optimization methods. However, these models are often difficult to train, have limited generalizability, and due to their goal of mimicking optimal topologies, neglect manufacturability and performance objectives like mechanical compliance. We propose TopoDiff, a conditional diffusion-model-based architecture to perform performance-aware and manufacturability-aware topology optimization that overcomes these issues. Our model introduces a surrogate model-based guidance strategy that actively favors structures with low compliance and good manufacturability. Our method significantly outperforms a state-of-art conditional GAN by reducing the average error on physical performance by a factor of eight and by producing 11 times fewer infeasible samples. By introducing diffusion models to topology optimization, we show that conditional diffusion models have the ability to outperform GANs in engineering design synthesis applications too. Our work also suggests a general framework for engineering optimization problems using diffusion models and external performance and constraint-aware guidance.


翻译:结构结构结构优化旨在寻找最佳物理结构,使机械性能最大化,在航空航天、机械和土木工程工程工程工程设计应用中至关重要。创用对抗性网络(GANs)最近成为传统迭代地形优化方法的流行替代物。然而,这些模型往往难以培训,具有有限的通用性,并且由于它们的目标是模仿最佳地形学、忽视制造力和机械合规等性能目标。我们提议TopDiff,一个有条件的推广模型基础架构,以进行性能-觉醒和造能-敏化地形优化,以克服这些问题。我们的模型引入了一种基于代孕模型的指导战略,积极支持低合规性和良好操纵性的结构。我们的方法通过将物理性能的平均误差降低8倍和生成11倍的不可行的样本,大大优于一种状态的GAN。我们的工作还提出了在工程设计综合应用中优于GANs的模型和模拟性能制约性能的总体框架。我们的工作还提出了使用外部性能框架。

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