Accelerating aerodynamic design optimization based on graph convolutional neural network

计算机科学 加速 空气动力学 稳健性(进化) 人工神经网络 卷积神经网络 人工智能 翼型 并行计算 航空航天工程 生物化学 基因 工程类 化学
作者
Tiejun Li,Junjun Yan,Xinhai Chen,Zhichao Wang,Qingyang Zhang,Eric Zhou,Chunye Gong,Jie Liu
出处
期刊:International Journal of Modern Physics C [World Scientific]
卷期号:35 (01)
标识
DOI:10.1142/s0129183124500074
摘要

Computational fluid dynamics (CFD) plays a critical role in many scientific and engineering applications, with aerodynamic design optimization being a primary area of interest. Recently, there has been much interest in using artificial intelligence approaches to accelerate this process. One promising method is the graph convolutional neural network (GCN), a deep learning method based on artificial neural networks (ANNs). In this paper, we propose a novel GCN-based aerodynamic design optimization acceleration framework, GCN-based aerodynamic design optimization acceleration framework. The framework significantly improves processing efficiency by optimizing data flow and data representation. We also introduce a network model called GCN4CFD that uses the GCF framework to create a compact data representation of the flow field and an encoder–decoder structure to extract features. This approach enables the model to learn underlying physical laws in a space-time efficient manner. We then evaluate the proposed method on an airfoil aerodynamic design optimization task and show that GCN4CFD provides a significant speedup compared to traditional CFD solvers while maintaining accuracy. Our experimental results demonstrate the robustness of the proposed framework and network model, achieving a speedup average of [Formula: see text].

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