Machine learning based topology optimization of fiber orientation for variable stiffness composite structures

拓扑优化 水准点(测量) 人工神经网络 计算机科学 工程设计过程 刚度 碳纤维增强聚合物 数学优化 变量(数学) 有限元法 材料科学 复合数 结构工程 拓扑(电路) 纤维 算法 工程类 人工智能 机械工程 数学 复合材料 数学分析 地理 电气工程 大地测量学
作者
Yanan Xu,Yunkai Gao,Chi Wu,Jianguang Fang,Guangyong Sun,Grant P. Steven,Qing Li
出处
期刊:International Journal for Numerical Methods in Engineering [Wiley]
卷期号:122 (22): 6736-6755 被引量:17
标识
DOI:10.1002/nme.6809
摘要

Abstract This study proposes a machine learning (ML) based approach for optimizing fiber orientations of variable stiffness carbon fiber reinforced plastic (CFRP) structures, where neural networks are developed to estimate the objective function and analytical sensitivities with respect to design variables as a substitute for finite element analysis (FEA). To reduce the number of training samples and improve the regression accuracy, an active learning strategy is implemented by successively supplying effective samples along with the suboptimal process. After proper training of neural networks, a quasi‐global search strategy can be applied by implementing a large number of initial designs as starting points in the optimization. In this article, a mathematical example is first presented to show the superiority of the active learning strategy. Then a benchmark design example of a CFRP plate is scrutinized to compare the proposed ML‐based with the conventional FEA‐based discrete material optimization (DMO) method. Finally, topology optimization of fiber orientations is performed for design of a CFRP engine hood, in which the structural performance generated from the proposed ML‐based approach achieves 12.62% improvement compared with that obtained from the conventional single‐initial design method. This article is anticipated to demonstrate a new alternative for design of fiber‐reinforced composite structures.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
优秀的冬天完成签到,获得积分20
1秒前
深情安青应助东方耀采纳,获得10
1秒前
3秒前
南宫冰夏完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
小二郎应助Liuyuu采纳,获得10
5秒前
ZAJ完成签到,获得积分20
5秒前
6秒前
大个应助wx采纳,获得10
6秒前
7秒前
Yunpeng Cai发布了新的文献求助10
8秒前
简单如容发布了新的文献求助10
8秒前
lala完成签到,获得积分10
9秒前
Hello应助lvben采纳,获得10
9秒前
甜甜玫瑰应助Rita采纳,获得10
10秒前
苻沛菡完成签到,获得积分10
11秒前
时光漫步123完成签到,获得积分10
11秒前
腼腆的乐安应助谦让远望采纳,获得10
12秒前
许宗菊完成签到,获得积分10
13秒前
张道恒完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
14秒前
腼腆的乐安应助张张采纳,获得10
15秒前
15秒前
16秒前
FashionBoy应助LIUC采纳,获得10
16秒前
maox1aoxin应助熊11采纳,获得30
16秒前
Ava应助熊11采纳,获得10
16秒前
fsj完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
库三金发布了新的文献求助10
19秒前
腼腆的乐安应助Yunpeng Cai采纳,获得10
20秒前
小马甲应助恰好采纳,获得10
20秒前
希言发布了新的文献求助30
21秒前
苏敢敢完成签到,获得积分10
21秒前
wx发布了新的文献求助10
22秒前
22秒前
田様应助YJ采纳,获得10
23秒前
sukasuka发布了新的文献求助10
23秒前
Debjor发布了新的文献求助10
23秒前
高分求助中
Evolution 10000
Sustainability in Tides Chemistry 2800
юрские динозавры восточного забайкалья 800
English Wealden Fossils 700
An Introduction to Geographical and Urban Economics: A Spiky World Book by Charles van Marrewijk, Harry Garretsen, and Steven Brakman 600
Diagnostic immunohistochemistry : theranostic and genomic applications 6th Edition 500
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3154309
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2805114
关于积分的说明 7863632
捐赠科研通 2463326
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1311205
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 629506
版权声明 601821