Stress Field Prediction in Cantilevered Structures Using Convolutional Neural Networks

卷积神经网络 计算机科学 悬臂梁 人工神经网络 压力(语言学) 灵敏度(控制系统) 深度学习 领域(数学) 人工智能
作者
Zhenguo Nie,Haoliang Jiang,Levent Burak Kara
出处
期刊:ASME 2019 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference 被引量:5
标识
DOI:10.1115/detc2019-98472
摘要

The demand for fast and accurate structural analysis is becoming increasingly more prevalent with the advance of generative design and topology optimization technologies. As one step toward accelerating structural analysis, this work explores a deep learning based approach for predicting the stress fields in 2D linear elastic cantilevered structures subjected to external static loads at its free end using convolutional neural networks (CNN). Two different architectures are implemented that take as input the structure geometry, external loads, and displacement boundary conditions, and output the predicted von Mises stress field. The first is a single input channel network called SCSNet as the baseline architecture, and the second is the multi-channel input network called StressNet. Accuracy analysis shows that StressNet results in significantly lower prediction errors than SCSNet on three loss functions, with a mean relative error of 2.04% for testing. These results suggest that deep learning models may offer a promising alternative to classical methods in structural design and topology optimization. Code and dataset are available at this https URL
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