論文の概要: IH-GAN: A Conditional Generative Model for Implicit Surface-Based Inverse Design of Cellular Structures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.02588v1
• Date: Wed, 3 Mar 2021 18:39:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2021-03-07 05:53:39.195575
• Title: IH-GAN: A Conditional Generative Model for Implicit Surface-Based Inverse Design of Cellular Structures
• Title（参考訳）: IH-GAN: セル構造の入射表面ベース逆設計のための条件付き生成モデル
• Authors: Jun Wang, Wei Chen, Mark Fuge, Rahul Rai
• Abstract要約: 材料特性に応じた多様な細胞ユニット細胞を生成できる深層生成モデルを提案します。 その結果,(1)特定の材料特性を高精度(相対誤差5%)で満たす各種ユニットセルを生成し,2)高品質のインターフェース接続(インターフェースにおける平均重複面積98.7%)を有する機能グレードの細胞構造を作成し,3)従来のトポロジ最適化可変密度構造に対する構造性能を向上させることができた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.540823405781337
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Variable-density cellular structures can overcome connectivity and manufacturability issues of topologically-optimized, functionally graded structures, particularly when those structures are represented as discrete density maps. One na\"ive approach to creating variable-density cellular structures is simply replacing the discrete density map with an unselective type of unit cells having corresponding densities. However, doing so breaks the desired mechanical behavior, as equivalent density alone does not guarantee equivalent mechanical properties. Another approach uses homogenization methods to estimate each pre-defined unit cell's effective properties and remaps the unit cells following a scaling law. However, a scaling law merely mitigates the problem by performing an indirect and inaccurate mapping from the material property space to single-type unit cells. In contrast, we propose a deep generative model that resolves this problem by automatically learning an accurate mapping and generating diverse cellular unit cells conditioned on desired properties (i.e., Young's modulus and Poisson's ratio). We demonstrate our method via the use of implicit function-based unit cells and conditional generative adversarial networks. Results show that our method can 1) generate various unit cells that satisfy given material properties with high accuracy (relative error <5%), 2) create functionally graded cellular structures with high-quality interface connectivity (98.7% average overlap area at interfaces), and 3) improve the structural performance over the conventional topology-optimized variable-density structure (84.4% reduction in concentrated stress and extra 7% reduction in displacement).
• Abstract（参考訳）: 可変密度セル構造は、トポロジカルに最適化された機能的にグレードされた構造、特にそれらの構造が離散密度マップとして表現される場合の接続性や製造性の問題に克服することができる。 可変密度セル構造を作るための1つのna\"iveなアプローチは、離散密度マップを、対応する密度を持つ非選択的な単位セルに置き換えることである。 しかし、等価密度だけでは等価な機械的特性が保証されないため、所望の機械的挙動を損なう。 別のアプローチでは、ホモジェネライゼーション法を用いて各ユニットセルの有効な特性を推定し、スケーリング法に従ってユニットセルを再マップする。 しかし、スケーリング法は、物質的性質空間から単型単位セルへの間接かつ不正確なマッピングを行うことで、単に問題を緩和する。 対照的に, 正確なマッピングを自動学習し, 望ましい性質(ヤング率, ポアソン比)に基づく多様なセル単位細胞を生成することで, この問題を解決する深層生成モデルを提案する。 本手法は,暗黙の関数ベース単位細胞と条件付き生成対向ネットワークを用いて実証する。 その結果,(1) 特定の材料特性を高精度に満たす各種ユニットセル(相対誤差<5%)の生成,2) 高品質のインターフェース接続(インターフェースにおける平均重複面積98.7%) の機能的グレード化,3) 従来のトポロジ最適化可変密度構造(応力の84.4%低減,変位率の7%削減) に対する構造性能の向上が可能となった。

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