通过深度学习革新3D表面接触检测

今天的头条新闻关注人工智能(AI)和机器学习(ML)的巨大潜力，以提高自动驾驶汽车、机器人系统和智能电网等前沿产品的性能和能力。华体会官网app下载新浪但在幕后，这些技术也在重塑新产品开发、验证和推向市场的方式。

虽然Ansys已经将人工智能和机器学习集成到其许多软件解决方案中，但我们将继续投资研究，以推动这些技术在仿真领域的发展。前一个博客讨论了机器学习的应用，以帮助Ansys求解器以更轻量，空间压缩的方式表示产品几何形状，这在数字上是准确的，同时需要更少的计算时间和资源。

但这只是人工智能和机器学习如何影响工程模拟领域和Ansys软件功能的一个例子。最近，我与人合著了一篇文章纸由高级研发工程师里希凯什·拉纳德(Rishikesh Ranade)合作，该论文已被美国机械工程师协会(ASME)接受发表机械设计杂志。这篇论文描述了一种基于卷积神经网络(cnn)的新3D架构的能力，卷积神经网络是一种典型的深度学习网络用于分析视觉图像。这种被称为ActivationNet的架构可能很快就会被整合到Ansys的结构和流体求解器中，以提高检测彼此接触的3D表面的质量。

许多结构问题涉及到精确地复制3D表面如何相互作用，因此由这种接触产生的物理现象——如应力、疲劳和磨损——可以自信地预测。这个挑战?为大型车身装配设置高质量的触点是非常手工的。虽然存在用于自动接触检测的算法，但它们并不是万无一失的，而且在处理大型和小型部件组合的组件时，它们往往会过度检测或检测不足。此外，大型装配体非线性求解过程中的接触检测非常耗时。在Ansys，我们一直在寻找提高求解器速度的方法。深度学习，尤其是3D cnn，非常擅长检测图像中的局部特征——这激发了我们研究它们在地对地接触检测中的应用。

在模拟开始前确保高质量的自动接触检测

由于不可能以时间和成本效益的方式完全复制当今复杂产品设计的每个物理细节，3D表面目前使用点云(空间中的一组数据点)或表面网格建模，以一种数字管理的方式近似产品的几何形状。自动接触检测算法直接使用表面网格对，使用诸如表面之间的接近/间隙，表面之间的角度以及表面之间的重叠或相交等特征。

然而，由于接触对是基于确定性算法检测的——用单个间隙容限代表所有相互作用体的接触——结果可能是“不良接触”。例如，表面对可能有很大的间隙，一些表面对可能与其他表面对垂直，或者不同表面之间可能存在很大的角度。而且，不幸的是，工程师们没有简单的、自动化的方法来区分“好的”接触模型和低质量的接触模型，这些模型应该在模拟运行开始之前进行改进。这个过程是非常手工和耗时的，因为工程师需要查看每一对，然后在可视化后接受或删除它们。

为了应对这一挑战，Ansys开发了一种专有算法ActivationNet，该算法可以在进行任何仿真之前为产品设计中的每个表面接触模型分配质量分数。工程师可以标记这些低质量的表面接触，并在模拟之前删除它们，以提供准确的结果。

ActivationNet算法是如何工作的?

ActivationNet使用接触面的粗点表示或网格表示，在不同分辨率的计算网格上生成一系列激活状态。激活状态是基于一个归一化的三维空间中点的空间位置和密度。这些状态只是分配给计算网格的每个像素的标记，以表示单个接触面以及它们之间的重叠区域。这些激活状态被输入到深度神经网络中，提取出相当于“手工”输入的特征——例如，表面接近度和角度——这些特征最初是由人类工程师定义的。

由于这些神经网络在概率空间中工作，它们超越了确定性算法和粗糙网格技术的能力，可以表示3D表面的重要和复杂特征，并且它们可以更准确地评估表面相互作用的建模效果。这些网络“学习”了良好的表面对表面接触交互的特征，并能准确地评估产品模型中每个交互的质量。

ActivationNet算法为产品模型中的每一对3D表面接触计算1到100之间的分数。90分及以上的表面交互模型可以被信任以提供准确的模拟结果，而低于20分的交互模型可以被安全删除。其他得分在20到90之间的人应该重新评估或重塑，以获得完全的信心。

ActivationNet是一项新功能，可以帮助工程师在运行模拟之前提高建立接触点的效率，并显著提高最终结果的准确性。

改进的接触建模即将出现

正如我们最近所描述的纸目前，Ansys软件开发团队正在进行详尽的测试，以证明ActivationNet能够为Ansys客户评估和评估3D表面接触建模的质量。该团队的研究证实，ActivationNet正在学习交互表面的真实表示，并且在这项复杂的任务中比现有的确定性算法表现得更好。ActivationNet的结果已经被证明与各种具有任意形状和大小的相互作用表面的预期结果非常吻合。

随着ActivationNet在这些测试中继续表现出色，它可能有一天会成为Ansys机械和流体求解器的标准功能。目标是提供这种专有的，先进的软件功能，以帮助Ansys客户在每个行业掌握建模3D表面相互作用的艺术和科学-一个基本的应用程序，将有助于提高仿真结果和世界开发团队的产品信心。

读了论文全文了解ActivationNet如何改变工程师模拟3D表面相互作用的方式在这里了解更多关于人工智能和模拟的信息．