Variable-density cellular structures can overcome connectivity and manufacturability issues of topologically optimized structures, particularly those represented as discrete density maps. However, the optimization of such cellular structures is challenging due to the multiscale design problem. Past work addressing this problem generally either only optimizes the volume fraction of single-type unit cells but ignoring the effects of unit cell geometry on properties, or considers the geometry-property relation but builds this relation via heuristics. In contrast, we propose a simple yet more principled way to accurately model the property to geometry mapping using a conditional deep generative model, named Inverse Homogenization Generative Adversarial Network (IH-GAN). It learns the conditional distribution of unit cell geometries given properties and can realize the one-to-many mapping from geometry to properties. We further reduce the complexity of IH-GAN by using the implicit function parameterization to represent unit cell geometries. Results show that our method can 1) generate various unit cells that satisfy given material properties with high accuracy (relative error <5%) and 2) improve the optimized structural performance over the conventional topology-optimized variable-density structure. Specifically, in the minimum compliance example, our IH-GAN generated structure achieves an 84.4% reduction in concentrated stress and an extra 7% reduction in displacement. In the target deformation examples, our IH-GAN generated structure reduces the target matching error by 24.2% and 44.4% for two test cases, respectively. We also demonstrated that the connectivity issue for multi-type unit cells can be solved by transition layer blending.


翻译:变量密度细胞结构可以克服地形优化结构的连接和制造问题,特别是那些以离散密度地图为代表的结构。然而,由于多尺度的设计问题,这种细胞结构的优化具有挑战性。过去处理该问题的工作一般只是优化单型单元细胞的体积分数,但忽视单位细胞几何对属性的影响,或者考虑单位细胞对属性的几何-财产关系,但通过超常论建立这种关系。相比之下,我们提议了一个简单而更有原则的方法,用一个条件的深层基因模型来精确模拟几何绘图结构的属性。这个方法叫做Inversegenization Emplical44 Aversarial 网络(IH-GAN),它学习单位细胞地理结构的有条件分布,从几何测量到属性,可以实现一至一等的绘图。我们进一步降低IH-GAN的复杂度,通过隐含函数参数参数参数参数参数来代表单位的几组别。结果表明,我们的方法可以创造多种单位细胞,以高精度(retictal made made < 5%) 和2) 自动匹配匹配匹配匹配的匹配网络化匹配网络网络网络网络网络网络网络化网络化网络网络化网络化网络化网络化网络化网络结构。它能在IM图解化结构中,在二进化结构中,在二等化的缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩图图图图图。

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