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喜报 | 十沣荣膺专精特新“小巨人”!

「沣」收计划 | 十沣大讲堂24期:基于水平集的拓扑优化方法及其改进工作研究进展

发布时间:2023-08-03 00:00:00
7月27日,十沣大讲堂第24期荣幸地邀请到了华南理工大学魏鹏副教授,进行"基于水平集的拓扑优化方法及其改进工作研究进展"的介绍。魏鹏教授长期从事结构拓扑优化领域算法研究,曾开创性提出“刚度扩散方法”,近年来主要从事参数化水平集方法的研究工作。他在本次讲座中,与大家探讨了水平集方法的主要技术内容,发展路径及关于及应用瓶颈的几种尝试性的改进。
从拓扑优化的背景、发展简史,再到水平集方法的改进方法、应用算例,魏鹏教授的演讲体系逐层深入,引人入胜。拓扑优化作为结构优化中的难点、热点,又分为离散体优化和连续体优化两大类,针对连续体优化领域中的模型研究方向,水平集方法是其中基于边界演化的一类典型方法。借用了计算机图形学领域的水平集方法,用高一维函数的零水平集描述结构边界,通过控制水平集函数的演化实现结构边界的移动,从而实现结构更新优化。其优势在于,基于隐式表达,可以自动处理拓扑优化。
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图1   基于水平集的拓扑优化方法基本思想
但是水平集方法的数值求解较为复杂,大大增加了其使用难度,因此相较于变密度方法而言没有得到很好的推广。魏鹏教授针对这一痛点对其进行三处改进,首先是修改演化方程,求解算法得以简化;然后是引入参数化方法,提升水平集方法的拓扑表达能力;最后是引入水平集带,融合变密度法的优势,使迭代过程更加稳定。改进后的方法在曲壳结构、加劲肋布局、点阵结构、超材料设计和流道设计等领域都有着很好的应用。
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2  水平集带方法
魏鹏教授认为,拓扑优化技术已经日趋成熟,在工程领域有着重要的作用,与商业软件的整合、加工制造业的成熟以及新材料的不断出现,推动着拓扑优化技术在越来越多工业领域的应用,随着应用技术门槛的降低,未来对诸多领域的影响会越来越深远。
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图3  魏鹏教授团队在拓扑优化领域的部分研究工作
在最后问答环节的互动交流中,十沣技术团队与魏鹏教授就水平集方法的边界优势等问题展开探讨,并获得他的专业见解。通过此次合作与交流,十沣技术团队学习了关于改进水平集方法的前沿思考,十沣科技相信这将进一步拓展自身在结构优化方面的知识储备和技术实力。

“十沣大讲堂”是由十沣发起的一项技术交流系列活动。活动不定期邀请高校和科研机构知名专家学者,通过线上讲座的方式,向十沣研发团队介绍仿真领域前沿技术成果与发展趋势。活动的成功举办将为十沣研发团队提供更广阔的技术视野,并为高校及科研机构工作者搭建起与产业用户交流沟通的桥梁。

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