論文の概要: PyTopo3D: A Python Framework for 3D SIMP-based Topology Optimization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.05604v1
• Date: Tue, 08 Apr 2025 01:32:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-09 13:28:56.739915
• Title: PyTopo3D: A Python Framework for 3D SIMP-based Topology Optimization
• Title（参考訳）: PyTopo3D:3D SIMPベースのトポロジ最適化のためのPythonフレームワーク
• Authors: Jihoon Kim, Namwoo Kang,
• Abstract要約: PyTopo3Dは、このギャップに対処するために開発されたソフトウェアフレームワークである。 PyTopo3Dは、よく確立されたSolid Isotropic Material with Penalization (SIMP) メソッドを実装することで、3D TOの機能豊富なツールを提供する。 複雑な設計領域の直接インポートやSTLファイルによる非設計上の障害など、実用工学における重要な機能を備えている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.783466904216198
• License:
• Abstract: Three-dimensional topology optimization (TO) is a powerful technique in engineering design, but readily usable, open-source implementations remain limited within the popular Python scientific environment. This paper introduces PyTopo3D, a software framework developed to address this gap. PyTopo3D provides a feature-rich tool for 3D TO by implementing the well-established Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) method and an Optimality Criteria (OC) update scheme, adapted and significantly enhanced from the efficient MATLAB code by Liu and Tovar (2014). While building on proven methodology, PyTopo3D's primary contribution is its integration and extension within Python, leveraging sparse matrix operations, optional parallel solvers, and accelerated KD-Tree sensitivity filtering for performance. Crucially, it incorporates functionalities vital for practical engineering workflows, including the direct import of complex design domains and non-design obstacles via STL files, integrated 3D visualization of the optimization process, and direct STL export of optimized geometries for manufacturing or further analysis. PyTopo3D is presented as an accessible, performance-aware tool and citable reference designed to empower engineers, students, and researchers to more easily utilize 3D TO within their existing Python-based workflows.
• Abstract（参考訳）: 3次元トポロジ最適化(TO)は、エンジニアリング設計において強力な技術であるが、容易に利用できるオープンソースの実装は、人気のあるPythonの科学環境の中で制限されている。 本稿では,このギャップに対処するために開発されたソフトウェアフレームワークであるPyTopo3Dを紹介する。 PyTopo3D は SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) 法と OC (Optimality Criteria) 更新スキームを実装し、Liu と Tovar (2014) による効率的な MATLAB コードから大幅に改良した 3D TO の機能豊富なツールを提供する。 PyTopo3Dの主な貢献はPythonへの統合と拡張であり、スパースマトリクス演算、オプションの並列ソルバ、パフォーマンス向上のためのKD-Tree感度フィルタリングを活用している。 重要なことに、複雑な設計ドメインの直接インポートやSTLファイルによる非設計障害、最適化プロセスの3D可視化の統合、製造や分析のために最適化されたジオメトリの直接STLエクスポートなど、実用的なエンジニアリングワークフローに不可欠な機能を備えている。 PyTopo3Dは、エンジニア、学生、研究者が既存のPythonベースのワークフローでより簡単に3D TOを利用できるようにデザインされた、アクセシブルでパフォーマンス対応のツールとして提示されている。

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