Physics-Informed Neural Networks with Hard Constraints for Inverse Design

反向 数学优化 拉格朗日 偏微分方程 主题(文档) 人工神经网络 反问题 计算机科学 应用数学 数学 拓扑(电路) 牙石(牙科) 理论计算机科学 数学分析 几何学 图书馆学 人工智能 组合数学 医学 牙科
作者
Lu, Lu,Pestourie, Raphael,Yao, Wenjie,Wang, Zhicheng,Verdugo, Francesc,Johnson, Steven G
出处
期刊:Massachusetts Institute of Technology - DSpace@MIT 被引量:46
标识
DOI:10.1137/21m1397908
摘要

\bfA \bfb \bfs \bft \bfr \bfa \bfc \bft .Inverse design arises in a variety of areas in engineering such as acoustic, mechanics, thermal/electronic transport, electromagnetism, and optics.Topology optimization is an important form of inverse design, where one optimizes a designed geometry to achieve targeted properties parameterized by the materials at every point in a design region.This optimization is challenging, because it has a very high dimensionality and is usually constrained by partial differential equations (PDEs) and additional inequalities.Here, we propose a new deep learning method---physics-informed neural networks with hard constraints (hPINNs)---for solving topology optimization.hPINN leverages the recent development of PINNs for solving PDEs, and thus does not require a large dataset (generated by numerical PDE solvers) for training.However, all the constraints in PINNs are soft constraints, and hence we impose hard constraints by using the penalty method and the augmented Lagrangian method.We demonstrate the effectiveness of hPINN for a holography problem in optics and a fluid problem of Stokes flow.We achieve the same objective as conventional PDE-constrained optimization methods based on adjoint methods and numerical PDE solvers, but find that the design obtained from hPINN is often smoother for problems whose solution is not unique.Moreover, the implementation of inverse design with hPINN can be easier than that of conventional methods because it exploits the extensive deep-learning software infrastructure.\bfK \bfe \bfy \bfw \bfo \bfr \bfd \bfs .inverse design, topology optimization, partial differential equations, physicsinformed neural networks, penalty method, augmented Lagrangian method \bfA \bfM \bfS \bfs \bfu \bfb \bfj \bfe \bfc \bft \bfc \bfl \bfa \bfs \bfs \bfi fi\bfc \bfa \bft \bfi \bfo \bfn \bfs .35R30, 65K10, 68T20
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
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
小西西完成签到,获得积分10
1秒前
d_fishier完成签到 ,获得积分10
2秒前
sjh完成签到,获得积分10
5秒前
smm完成签到 ,获得积分10
5秒前
ldr888完成签到,获得积分10
8秒前
茉莉寒完成签到 ,获得积分10
8秒前
重要的灵完成签到,获得积分10
9秒前
Ellalala完成签到 ,获得积分10
13秒前
xh完成签到 ,获得积分10
15秒前
洋芋粑完成签到 ,获得积分10
16秒前
明亮的浩天完成签到 ,获得积分10
16秒前
hebhm完成签到,获得积分10
18秒前
所爱皆在完成签到 ,获得积分10
19秒前
CMD完成签到 ,获得积分10
24秒前
nqterysc完成签到,获得积分10
27秒前
b不为谁而作的歌完成签到,获得积分10
29秒前
KX2024完成签到,获得积分10
32秒前
科研铁人完成签到,获得积分10
32秒前
33秒前
5566完成签到,获得积分10
33秒前
慕辰完成签到 ,获得积分10
35秒前
懒得起名字完成签到 ,获得积分10
36秒前
文静白梅发布了新的文献求助10
37秒前
zhuxd完成签到 ,获得积分10
40秒前
完美世界应助文静白梅采纳,获得10
46秒前
48秒前
49秒前
香蕉面包完成签到 ,获得积分10
49秒前
5566发布了新的文献求助10
53秒前
Shandongdaxiu完成签到 ,获得积分10
55秒前
xelloss完成签到,获得积分10
56秒前
zhang完成签到 ,获得积分10
56秒前
凌泉完成签到 ,获得积分10
57秒前
怕黑耷完成签到 ,获得积分10
57秒前
Qinzhiyuan1990完成签到 ,获得积分10
57秒前
笨笨千亦完成签到 ,获得积分10
58秒前
现代的代丝完成签到,获得积分10
1分钟前
菌了个菇完成签到 ,获得积分10
1分钟前
xzh完成签到,获得积分20
1分钟前
waswas完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
Adhesion Science: Principles & Practice 1234
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Burger's Medicinal Chemistry and Drug Discovery 400
A Step-by-Step Guide to Qualitative Data Coding 2nd Edition 400
Impact of Storage Orientation and Duration on Prefilled Syringe Performance: Break-Loose and Glide Forces, and Injection Time Across Multiple Time Points 360
Programming for Chemical Engineers Using C, C++, and MATLAB 300
Upland Kenya wild flowers and ferns: a flora of the flowers, ferns, grasses, and sedges of highland Kenya 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6663148
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8413192
关于积分的说明 17984478
捐赠科研通 5867254
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2975010
邀请新用户注册赠送积分活动 1950898
关于科研通互助平台的介绍 1876727