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Enregistrement W4409176062 · doi:10.1016/j.cma.2025.117921

A graph neural network surrogate model for multi-objective fluid-acoustic shape optimization

2025· article· en· W4409176062 sur OpenAlexafffund
Farnoosh Hadizadeh, Wrik Mallik, Rajeev K. Jaiman

Notice bibliographique

RevueComputer Methods in Applied Mechanics and Engineering · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueComputer Graphics and Visualization Techniques
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaUniversity of British Columbia
Mots-clésSurrogate modelShape optimizationArtificial neural networkComputer scienceMathematical optimizationMathematicsFinite element methodArtificial intelligenceEngineeringStructural engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

This study presents a graph neural network (GNN)-based surrogate modeling approach for multi-objective fluid-acoustic shape optimization. The proposed GNN model transforms mesh-based simulations into a computational graph, enabling steady-state prediction of pressure and velocity fields around varying geometries subjected to different operating conditions. We employ signed distance functions to implicitly encode geometries on unstructured nodes represented by the graph neural network. By integrating these functions with computational mesh information into the GNN architecture, our approach effectively captures geometric variations and learns their influence on flow behavior. The trained graph neural network achieves high prediction accuracy for aerodynamic quantities, with median relative errors of 0.5%–1% for pressure and velocity fields across 200 test cases. The predicted flow field is utilized to extract fluid force coefficients and boundary layer velocity profiles, which are then integrated into an acoustic prediction model to estimate far-field noise. This enables the direct integration of the coupled fluid-acoustic analysis in the multi-objective shape optimization algorithm, where the airfoil geometry is optimized to simultaneously minimize trailing-edge noise and maximize aerodynamic performance. Results show that the optimized airfoil achieves a 13.9% reduction in overall sound pressure level (15.82 dBA) while increasing lift by 7.2% under fixed operating conditions. Optimization was also performed under a different set of operating conditions to assess the model’s robustness and demonstrate its effectiveness across varying flow conditions. In addition to its adaptability, our GNN-based surrogate model, integrated with the shape optimization algorithm, exhibits a computational speed-up of three orders of magnitude compared to full-order online optimization applications while maintaining high accuracy. This work demonstrates the potential of GNNs as an efficient data-driven approach for fluid-acoustic shape optimization via adaptive morphing of structures. • Graph neural network-based surrogate model developed for shape optimization. • Integrated with implicit representations to enable shape morphing. • Predicts flow field and boundary layer properties accurately and efficiently. • Accurate prediction of trailing-edge noise acoustic levels based on flow fields. • Demonstration for fluid-acoustic airfoil shape optimization for optimal geometries.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,012

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,035
Tête enseignante GPT0,329
Écart entre enseignants0,294 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations12
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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