Computational Intelligence (CI) techniques have shown great potential as a surrogate model of expensive physics simulation, with demonstrated ability to make fast predictions, albeit at the expense of accuracy in some cases. For many scientific and engineering problems involving geometrical design, it is desirable for the surrogate models to precisely describe the change in geometry and predict the consequences. In that context, we develop graph neural networks (GNNs) as fast surrogate models for physics simulation, which allow us to directly train the models on 2/3D geometry designs that are represented by an unstructured mesh or point cloud, without the need for any explicit or hand-crafted parameterization. We utilize an encoder-processor-decoder-type architecture which can flexibly make prediction at both node level and graph level. The performance of our proposed GNN-based surrogate model is demonstrated on 2 example applications: feature designs in the domain of additive engineering and airfoil design in the domain of aerodynamics. The models show good accuracy in their predictions on a separate set of test geometries after training, with almost instant prediction speeds, as compared to O(hour) for the high-fidelity simulations required otherwise.


翻译:对于涉及几何设计的许多科学和工程问题,对于涉及几何设计的许多科学和工程问题,代用模型最好能够准确描述几何变化并预测其后果。在这方面,我们开发了石形神经网络,作为物理模拟的快速代用模型,使我们能够直接培训2/3D几何设计模型,这些模型由非结构的网状或点云所代表,不需要任何明确或手工制作的参数化。我们使用一种可灵活地在节点一级和图形一级作出预测的编码-处理器-脱coder-型结构。我们提议的以GNNN为基的外壳模型的性能在两个应用中得到了证明:在空气动力学领域添加工程和空气油设计领域的特征设计。这些模型显示在单独一组测试的几何气象模型上的预测非常准确性,在培训之后,几乎是瞬时的模拟。相比之下,所需的Ofi小时的预测速度是高的。

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