The layout optimization of the heat conduction is essential during design in engineering, especially for thermal sensible products. When the optimization algorithm iteratively evaluates different loading cases, the traditional numerical simulation methods used usually lead to a substantial computational cost. To effectively reduce the computational effort, data-driven approaches are used to train a surrogate model as a mapping between the prescribed external loads and various geometry. However, the existing model are trained by data-driven methods which requires intensive training samples that from numerical simulations and not really effectively solve the problem. Choosing the steady heat conduction problems as examples, this paper proposes a Physics-driven Convolutional Neural Networks (PD-CNN) method to infer the physical field solutions for random varied loading cases. After that, the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm is used to optimize the sizes and the positions of the hole masks in the prescribed design domain, and the average temperature value of the entire heat conduction field is minimized, and the goal of minimizing heat transfer is achieved. Compared with the existing data-driven approaches, the proposed PD-CNN optimization framework not only predict field solutions that are highly consistent with conventional simulation results, but also generate the solution space with without any pre-obtained training data.


翻译:优化热导体的布局在设计工程设计过程中至关重要,特别是热感应产品。当优化算法迭代评估不同的装货案例时,使用的传统数字模拟方法通常会导致大量的计算成本。为有效减少计算努力,使用数据驱动方法来培训代用模型,作为指定外部负荷和各种几何之间的绘图;然而,现有模型是用数据驱动方法培训的,这些方法需要从数字模拟中进行密集培训,而不是真正有效地解决问题。选择稳定的热导体问题作为例子,本文建议采用物理驱动的演动神经网络(PD-CNN)方法,以推断随机不同装货案例的物理场解决方案。此后,利用粒子Swarm优化算法来优化指定设计域外负载和各种几何体的大小和位置,最大限度地缩小整个热导场的平均温度值,并实现尽可能减少热导体传输的目标。与现有的数据驱动方法相比,拟议的PD-CNN优化框架不仅预测了随机的实地解决办法,而且还预测了与任何传统模拟的实地解决办法的高度一致。

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