A graph neural network surrogate model for multi-objective fluid-acoustic shape optimization
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Notice bibliographique
Résumé
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.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
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score_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