肛交 av 开源智能工业软件时间白皮书 2024
发布日期：2024-08-26 05:46 点击次数：72
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序论
结构是工业装备、工程设施阐扬使役功能的载体。联想位于结构创成链条的最前端，决定着结构性能的原始基因；优化则是结构联想的中枢宗旨和不灭标的。结构优化分为三个档次，简约单到复杂循序是尺寸优化、体式优化和拓扑优化。拓扑优化旨在通过求解相应的数学贪图问题以细目联想域内材料（或孔洞）的最优布局，具有比尺寸优化和体式优化更大的联想目田度。连年来，拓扑优化不仅在装备的早期主见阶段和初步联想阶段阐扬了伏击作用，其本质应用范围也被实践至热、声学、流体、材料联想和其他多物理学科。
跟着增材制造时间的发展，拓扑优化专用软件已成为航空航天、汽车等工程装备立异联想的必备器具。真实扫数主流 CAE/CAD 软件均集成了结构优化及拓扑优化模块，并在洽商功能的开发插足了伏击资源和力量。而需要指出的是，现在工业界和学术界中较为通用的结构拓扑优化软件或模块均为国际公司开发，且由于受限于软件底层继承的拓扑优化算法，存在缺少显式几何信息、需要大王人东说念主工后处理等痛点问题。
2022 年 7 月,在洞开原子开源基金会率领下，成立了开源工业软件责任委员会（OpenAtom openCAX）（以下简称“工委会”），辛劳于于构建一个国际化的开源工业软件器具链，鼓吹我国开源生态有序发展，加快工业软件要津中枢时间的积聚和产业商用的迭代，为工业软件开源使用者、开发者、酌量者提供国际化同样平台。
本白皮书的主要主张是推崇开源的布景和必要性，给出开源结构优化软件的发展念念路和时间门路，探索开源盈利模式。并通过先容开源集成平台，给出拓扑优化软件协同研发的具体实例。教导和激励工业软件研发企业、劳动厂商、用户企业等主体投身开源，构建洞开、分享、融合的研发与应用生态，打造中国特色 CAE 软件产物化旅途。
SM调教本白皮书分为五个部分。第一部分先容结构优化引擎；第二部分先容结构优化引擎时间旅途；第三部分先容结构优化开源框架；第四部分先容结构优化中枢时间及上风；第部分先容结构优化软件应用决议。
一、结构优化引擎
结构优化是一种基于数学建模和忖度机仿确切工程优化方法，其主要念念想是通过优化结构的体式和材料散播，使得结构的性能最优化[1]。在工程联想领域，结构优化依然被世俗应用于遨游器、汽车、建筑、机械等领域，以达成结构轻量化、强度提高和老本裁减等标的。
以出动可变形组件为中枢的结构拓扑优化算法，继承由显式参数描述其几何的、粗略在联想空间中目田出动并变形的组件动作描述结构拓扑的联想基元。证实问题需求，拟继承欧拉时势下的超椭球函数或拉格朗日时势下的闭塞星形 NURBS 曲面临组件进行描述。
基于上述描述，结构组件的几何参数（如长度、宽度、位置、歪斜角度等）或几何名义均可径直得到。继而，仅需通过优化这些几何参数以运转组件发生出动、变形、相交和和会等变化达到拓扑优化主张。
由于联想变量仅为每个组件的几何参数（三维情形下，每个组件仅有 9 个联想参数），优化问题求解领域较传统算法将大幅裁减。同期，利用这些几何信息，也可对结构特征尺寸、歪斜角度等制造经管进步履直摒弃，况且便于后续开展与CAD 系统的无缝和会。
二、结构优化引擎时间旅途
本软件的预期标的主要包括以下几个方面：
（1）达成结构的轻量化、强度提高和老本裁减等标的。
（2）提供高效、可靠的拓扑优化算法，扶直多种常见的模子文献时势。
（3）提供直不雅、马虎的用户界面，方便用户操作和相识。
（4）提供国产高质地的拓扑优化软件，裁减工程联想老本。
时间决议：基于洞开式的软件架构体系，搭建摒弃台分级调用的软件体系，将 CAD、CAE 和拓扑优化等模块进行深度和会与集成，买通各模块间的时间壁垒，达成该软件从几何模子的建立、有限元成立及求解、拓扑优化和几何重构及光滑化等功能的齐备和会。
算法功能：拓扑优化成建功能、有限元文献（inp 文献）和拓扑优化文献（opt 文献）领悟功能，多种高效拓扑优化算法（MMC 方法、打破变量方法、变密度法等）、生成优化汇报功能。
对外接口：几何文献的创建及导入接口，有限元文献的创建及导入接口、有限元求解器接口、后处理接口（可视化与光滑化）等。
三、结构优化开源框架
主要包括应用层、中枢层、高性能忖度层、数据匹配层四个层级，算法框架图如下：
图 1.核默算法框架图
3.1 应用层
继承郭旭教师等始创的出动可变形组件方法[2]及软件器具，已得手应用于大型客车减重优化联想、风机主机架减重联想、空间站相机一体化支架轻量化联想、载东说念主飞船密封舱举座壁板结构轻量化联想等诸多企功绩单元代表性场景。
3.2 中枢层
各模块功能具体先容如下：
（1）文献生成及检查模块：包含对有限元网格信息文献（inp）、优化信息文献（opt）洽商参数的检查。有限元文献的检查主要为单元类型与后处理是否匹配，场输出、载荷、规模条目是否可求解。优化文献的检查则针对优化问题的维度是否匹配有限元网格，反馈（即标的函数、经管函数）是否可求解，优化成立是否合理，如：组件尺寸非零、组件个数非零、反馈域非空等。
图 2. 文献生成及检查模块
（2）结构构型更新模块：获取优化所需信息以后，自动领悟优化参数并分派内存，并在联想域中按用户输入生成指定数目及尺寸的组件。之后，忖度组件拓扑描述函数和结构密度场。当组件的个数、尺寸发生变化时，其所表征结构的密度场也随之发生变化，跟着组件的出动与变形，结构构型也随之更新。
图 3. 结构构型更新模块
（3）结构分析模块：当获取扫数这个词模子的密度场以后，通过求解有限元线性代数方程组，即可得到模子的位移场，进而获取用户所需要的反馈，即标的函数值和经管函数值。
图 4. 结构分析模块
（4）智谋度忖度及优化求解模块：通过构造拉格朗日方程，求解陪伴方程并掌握链式法式得到标的函数、经管函数春联想变量的智谋度[3]，代入 MMA、SQP 等优化求解器获取新的联想变量。通过反复更新联想变量，以达到篡改结构构型并最终达成结构拓扑优化联想的主张。
图 5. 智谋度忖度模块
图 6. 优化求解模块
（5）优化收尾输出模块：当达到事前设定的不停条目时，优化程度拆开，时势会自动输出优化收尾，包括网格模子、结构拓扑、性能主张等数据，用于光滑化后处理。
3.3 高性能忖度层
（1）融合处理尺寸/体式/拓扑三类联想变量的高效智谋度分析发展适用于结构综协力学反馈和多类型联想变量的通用半领悟智谋度分析算法，酌量其在不同差分步长及第战略下的忖度精度、服从、褂讪性，针对不同类型标的/经管函数酌量其高效数值达成时间，达成多类型联想变量智谋度分析的模范化。在此基础上研发具有自符合性的智谋度分析模块。
（2）适用于单机环境的大领域复杂结构反馈分析的高效数值算法针对大领域结构分析与优化问题，研发解耦结构描述与结构分析的多永别率方法、基于 GPU 加快时间、并行和多重网格时间的结构显式描述与大领域疏淡线性方程求解算法，达成纯真高效的拟荷载回代求解，建议与子结构组成树的海量数据管理及周游时间相联结的散播式智谋度分析算法，灵验擢升单机求解结构优化联想问题的领域和服从。
3.4 数据匹配层
系统环境：Windows10、11
开发环境：Visual Studio 2019
代码模范：C++14，python 3.6
硬件扶直：CPU：Intel 酷睿，内存：8G 及以上，硬盘：4G 以上。
四、结构优化中枢时间及上风
4.1 基于出动可变形组件的结构拓扑优化算法
不同于传统优化方法继承像素样式描述结构拓扑，基于出动可变形组件的结构拓扑优化算法继承由显式参数描述其几何的、粗略在联想空间中目田出动并变形的组件动作描述结构拓扑的联想基元。证实问题需求，拟继承欧拉时势下的超椭球函数或拉格朗日时势下的闭塞星形 NURBS 曲面临组件进行描述。基于上述描述，结构组件的几何参数（如长度、宽度、位置、歪斜角度等）或几何名义均可径直得到。
继而，仅需通过优化这些几何参数以运转组件发生出动、变形、相交和和会等变化达到拓扑优化主张。由于联想变量仅为每个组件的几何参数（三维情形下，每个组件仅有 9 个联想参数），优化问题求解领域较传统算法将大幅裁减。同期，利用这些几何信息，也可对结构特征尺寸、歪斜角度等制造经管进步履直摒弃，况且便于后续开展与 CAD 系统的无缝和会。
4.2 基于打破变量的结构拓扑优化算法
像素点描述的拓扑优化的数学骨子口角线性整数贪图。在序列肖似贪图框架下，将充分利用拓扑优化的数学特征，基于正则对偶旨趣开发出打破变量结构拓扑优化方法[5, 6]，获取可径直制造的“辱骂”联想。将利用该算法服从与讨好变量方法至极的特质，使用融合数学贪图框架求解多经管问题。同期，了了的“辱骂”结构不错方便提真金不怕火结构几何信息，进一步灵验处理可制造性经管。
4.3 结构拓扑优化组件模块集成时间
针对结构拓扑优化忖度功能研发需求，基于插件时间动态集成结构有限元分析、优化算法库、光滑曲面重建与几何参数化、网格生成引擎、可视化等基础模块。神气酌量还将开发核默算法的共性接口，基于“算法+模式”念念路集成结构拓扑优化中的优化模子界说、智谋度分析、密度/智谋渡过滤、MMC 等算法模块，构建算法模块与数据之间的全级别洞开接口，建立纯真毛糙的动态集成环境，扶直本神气多类立异算法的集成与目田切换。
4.4 结构拓扑优化组件模块测锻练证与应用示范
以要紧装备和产物为应用示范对象，基于研发的软件平台开展拓扑优化联想，对各版块软件的共性功能和性格功能进行测锻练证，建立详备的测试日记和汇报并实时反馈，酿成测试－研发闭环。同期，联结装备研制开展应用示范。
五、结构优化软件应用决议
该拓扑优化软件旨在惩处各式复杂的工程问题，且具备可二次开发、可分享、可开源等特质，重心强调其他合作家不错基于本开源软件完成责任，以促进更多东说念主参与并孝敬于该神气。
本开源拓扑优化软件具有以下特质：
1. 模块化联想：软件继承了模块化的联想，使得不同的功能不错舒服开发和调遣。这意味着其他合作家不错基于现存的模块进行推广和阅兵，以知足不同的需求。
2. 可定制化：软件提供了丰富的参数成立和成就选项，允许用户证实我方的需求定制联想域、不成联想域、优化方法等。这意味着其他合作家不错证实不同的应用场景和问题领域，定制化地使用本软件，从而惩处各式不同类型的问题。
3. 可推广性：软件的联想允许其他合作家方便地添加新的算法和功能，从而连续丰富软件的功能和应用范围。这意味着其他合作家不错基于现存的架构，推广软件的功能，以知足不同的需求。
在本开源有限元软件神气中，其他合作家不错基于本软件完成以下责任：
1. 优化算法开发：其他合作家不错通过在现存的模块上添加新的算法，阅兵现存的算法，或者联想新的忖度方法，以提高软件的忖度服从、精度和褂讪性。
2. 多物理场开发：其他合作家不错证实我方的酌量领域和需求，基于本软件定制化开发适用于特定领域的算法。举例，不错基于软件的框架开发结构力学、热传导、流膂力学等领域的算法，从而拓展软件在不同应用领域的适用性。
3. 材料模子开发：其他合作家不错证实不同的材料性质和步履，开发新的材料模子，包括线性和非线性材料模子，以知足不同问题的需求。这关于惩处复杂的材料步履和本构关联的问题尤为伏击。
4. 用户界面和可视化器具：其他合作家不错通过阅兵用户界面和可视化器具，擢升软件的易用性和用户体验。不错基于现存的用户界面联想新的交互功能，达成更友好的图形化界面，方便用户进行模子成立、求解和收尾可视化等操作。
5. 文档和教程编写：其他合作家不错孝敬编写文档和教程，匡助新用户快速上手使用软件，并更好地相识软件的功能和使用方法。这关于促进软件的传播和实践，勾引更多用户和孝敬者参与到神气中，具有积极的影响。
6. 测试和考证：其他合作家不错进行软件的测试和考证，发现并开辟软件中的潜在 bug 和问题，确保软件的褂讪性和可靠性。测试和考证责任关于软件的捏续阅兵和质地保险相配伏击，不错匡助软件更好地符合不同的应用场景和问题领域。
7. 社区参与和扶直：其他合作家不错积极参与软件的社区，包括接头论坛、邮件列表、支吾媒体等，提供时间扶直、解答问题、分享教学和同样合作。这有助于酿成一个活跃的社区，促进合作家之间的合作和同样，从而连续鼓吹软件的发展和完善。
通过以上的合作责任，其他合作家不错共同鼓吹本开源拓扑软件的发展，使其愈加强劲、褂讪、易用，并知足不同领域和问题的需求。同期，合作家也将获取软件使用和孝敬的权柄，共同分享软件的发展后果和社区的价值。咱们接待渊博合作家的积极参与和孝敬，共同鼓吹本开源拓扑优化软件在科学、工程和学术酌量中的应用和发展。
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