可変ジオメトリのための機械学習

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空間エミュレーションとは

空間・時間エミュレーションは、SmartUQの関数型エミュレーションの手法を使って、より多くの関数型の次元を扱えるようにしたものです。通常の連続入力に加えて、最大4次元の関数型入力に依存する出力を予測するエミュレーターを構築できます。こうした空間の応答、つまり場の応答は、あらゆる種類のエンジニアリングシミュレーションと試験でよく見られます。たとえば、CFDシミュレーションでは時間と位置に対する圧力や、位置に対する温度を計算することが多く、FEAシミュレーションではメッシュ上の応力・ひずみのデータが得られ、流れの実験では速度場が得られます。応答のプロファイルを直接予測すれば、要約統計量を作らずに設計空間を探索でき、解析に使える情報をより多く残せます。

形状が変わるシステムの課題

関連はあるものの形状が異なる領域をシミュレーションすることは、多くのワークフローで欠かせません。形状の最適化、公差解析、物理的な測定値へのキャリブレーション、不確かさの定量化などです。シミュレーションの実行ごとに何を変えるかによっては、座標が変わることがあります。シミュレーションの領域を変えるもの、たとえば領域に含まれる形状の変更は、ほぼ確実に座標を変えます。

SmartUQの空間・時間エミュレーターは、すべての入力の組で、まったく同じ座標、つまり空間座標の数と位置が同じであることを前提にしています。そのため、トポロジーが同じで座標を置き換えられる場合にしか使えません。

可変ジオメトリエミュレーションのためのSmartUQのソリューション

SmartUQの可変ジオメトリエミュレーターは、SmartUQの空間エミュレーターの機能を拡張したもので、形状が変わり座標が異なる学習データから、カーネルベースのモデルを構築して予測できます。メッシュの一貫性、トポロジー、形状を保つという制約に、もう縛られることはありません。この進歩によって、あらゆる種類のシミュレーションと試験のデータセットで、高速で高精度なサロゲートモデリングが可能になります。

例

形状、メッシュ、トポロジーが変わるFEAシミュレーションの例 形状、メッシュ、トポロジーが変わる場合
この例では、連続入力に応じて形状とメッシュが変わるFEAシミュレーションを使ってエミュレーターを構築しました。このシミュレーションでは、一部のメッシュ点でデータが欠けることもありました。

SmartUQの可変ジオメトリエミュレーションのメリット

SmartUQの可変ジオメトリエミュレーションの技術は、形状が変わる場合の場の応答を予測する新しい能力をもたらし、予測モデリングの可能性を広げます。

  • トポロジーの変化を含む、より大きな形状の変化から生じる応答の場を予測する。
  • リメッシュやアダプティブメッシュのシミュレーションで生じる不規則なメッシュを扱う。
  • 試験やスキャンで得られる不規則な点の集まりから経験的なモデルを構築する。
  • 空間の情報が欠けている、または不完全なデータセットにモデルを当てはめる。
  • モデルの構築前にデータセットを補間、再サンプリング、リメッシュする必要がなくなり、前処理の手間が減る。

可変ジオメトリの適用例について詳しくは、SmartUQのホワイトペーパーとウェビナーをご覧ください。