深度学习与超材料
融合提升了设计效率与质量，也展现了材料科学领域的巨大潜力。深度学习加速设计过程，通过算法快速迭代；利用深度生成模型实现逆向设计，满足特定功能需求；结合遗传算法、Hopfield网络等智能算法优化设计；处理多目标优化问题，找到最佳方案；基于历史数据预测性能，指导设计，降低成本；整合多物理场模拟优化性能；应对高维度与少样本问题，助力精准治疗设计。
COMSOL软件的
声学模块
在多物理场仿真中扮演重要角色，广泛应用于声学结构优化、无损检测、声学超材料设计、电声学设备性能提升、噪声控制及声学微尺度操控等领域，助力性能优化与技术创新，推动建筑声学、超声医学及振动分析等多领域发展。
为促进科研人员、工程师及产业界人士对智能算法在材料设计领域应用技术的掌握，特举办“深度学习驱动智能超材料设计与应用”、“COMSOL声学多物理场仿真技术与应用”专题培训会议，本次培训会议主办方为
北京软研国际信息技术研究院
，承办方
互动派（北京）教育科技有限公司
，具体相关事宜通知如下：
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深度学习驱动智能超材料设计与应用
（详情内容点击上方名称查看）
2024年11月09日-11月10日
2024年11月12日-11月15日-11月16日
在线直播（授课五天）
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材料科学、机械工程、计算机工程、建筑科学、土木工程、电子工程、航空航天、物理学、自动化技术等领域的科研人员、工程师、及相关行业从业者、跨领域研究人员。
来自于国内“985”重点高校，致力于声子超材料与机器/深度学习交叉领域的研究，以第一/通讯作者在
《Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering》、《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》、《International Journal of Mechanical Sciences》
等行业顶级期刊发表论文数十篇，主持和参与多项国家级项目。
擅长领域：波动调控、振动控制、智能算法、声子超材料、隔振屏障、机器/深度学习。
来自国家“双一流”建设高校 、“211 工程”“985 工程”重点高校。授课讲师有着丰富的 COMSOL 使用经验，以第一/通讯作者在
《Physical Review》系列、《Applied Physics Letters》
等国际 Top 期刊发表论文数十篇，主持国自然等纵向科研基金8项。
擅长领域: 声学超材料、拓扑声学、声学微流控和声驱动微纳机器人等。
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1.1 必要软件安装
1.1.1 Matlab与COMSOL有限元软件
1.1.2 Python编程语言、集成开发环境与Tensorflow深度学习框架
1.2 声子超材料
1.2.1 基本理论
1.2.2 计算方法
1.2.3
实操案例Ⅰ：采用Matlab编写传递矩阵法计算一维周期超材料能带曲线
1.2.4
实操案例Ⅱ：采用COMSOL计算二维周期超材料能带曲线
1.2.5
实操案例Ⅲ：采用COMSOL计算二维周期超材料的频域与时域响应
1.3 深度学习
1.3.1 基本理论
1.3.2 多层感知器(MLP)与卷积神经网络(CNN)
1.3.3 MNIST手写数字数据集介绍
1.3.4
实操案例Ⅳ：分别采用MLP和CNN实现手写数字识别
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2.1 COMSOL with Matlab介绍
2.2
实操案例Ⅰ：生成用于声子超材料计算的Matlab代码
2.3
实操案例Ⅱ：变量为几何/材料参数的声子超材料数据批量自动计算方法
2.3.1 参数变量特征和定义方式
2.3.2 参数变量有限元模型批量自动计算方法
2.4
实操案例Ⅲ：变量为拓扑构型的声子超材料数据批量自动计算方法
2.4.1 拓扑构型特征
2.4.2 自定义拓扑构型生成规则
2.4.3 拓扑构型有限元模型批量自动计算方法
2.5
实操案例Ⅳ：数据集整合
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3.1 研究综述
3.2 常用的正向预测深度学习模型
3.2.1 支持向量机(SVM)
3.2.2 多层感知器(MLP)
3.2.3 卷积神经网络(CNN)
3.3 用于带隙与能带曲线预测的数据集介绍
3.3.1 一维周期声子超材料的参数数据集
3.3.2 二维周期声子超材料的拓扑数据集
3.4
实操案例Ⅰ：基于多层感知器的一维周期声子超材料带隙预测
3.4.1 采用Tensorflow构建多层感知器
3.4.2 训练与验证
3.4.3 预测性能的评估
3.5
实操案例Ⅱ：基于卷积神经网络的二维周期声子超材料能带曲线预测
3.5.1 采用Tensorflow构建卷积神经网络
3.5.2 训练、验证与测试
3.5.3 真实值与测试值对比图的批量生成
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4.1 研究综述
4.2 常见的深度学习模型
4.2.1 多层感知器(MLP)
4.2.2 多层感知器(MLP)与遗传算法(GA)的结合
4.2.3 串联神经网络(TNN)
4.2.4 其它
4.3 参数设计数据集
4.4
实操案例：基于串联神经网络的一维周期声子超材料参数设计
4.4.1 采用Tensorflow搭建串联神经网络
4.4.2 改进的多功能串联神经网络——混联神经网络
4.4.3 参数设计性能评估方法
4.4.4 设计的非唯一性
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5.1 研究综述
5.2 拓扑设计深度学习模型
5.2.1 条件生成对抗网络(CGAN)
5.2.2 条件变分自动编码器(CVAE)
5.2.3 基于变分自动编码器(VAE)的融合模型
5.3 拓扑设计数据集
5.4
实操案例：基于融合模型的二维周期声子超材料拓扑设计
5.4.1 采用Tensorflow搭建变分自动编码器
5.4.2 变分自动编码器生成拓扑构型
5.4.3 基于潜向量的带隙预测
5.4.4 用于拓扑设计的融合模型搭建
5.4.5 拓扑设计性能评估
5.4.6 多目标设计
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第一部分、Comsol软件基础和声学仿真基础（入门）
1. 理解有限元方法基本原理、应用领域及仿真一般流程；
2. 能够在Comsol 软件中进行几何建模、网格划分及参数化扫描分析，设置研究类型和节点；
3. 掌握声学模型接口选择标准、振动与波的物理原理，以及声学特征频率和模态分析；
4. 熟悉不同声源及边界条件（如辐射和反射边界）的应用和影响；
5. 理解瞬态分析的原则、网格精度和时间步长要求，能够进行动态结果处理；
6. 在实操技能方面能够独立完成CAD模型导入和声学频域和瞬态仿真分析，完成数据后处理和结果可视化，以上理论知识和操作技能为深入学习声学仿真奠定基础；
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Ø 有限元方法的基本概念
Ø 有限元方法的应用领域
Ø 有限元方法的基本工作流程
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Ø 几何建模、布尔操作、CAD导入模块接口
Ø 网格划分及其精度要求
Ø 常用研究类型及研究节点配置
Ø 参数化扫描求解分析设置
实操案例：复杂CAD模型的导入及几何修复
实操案例：极小曲面模型的导入及布尔操作
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Ø 物理场接口适用范围及选择技巧
Ø 振动与波的物理基础及控制方程
Ø 时域和频域下的声学方程解析
Ø 声学特征频率和模态分析
实操案例：声学三维打印谐振腔的本征态分析及数据后处理
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Ø 常用声源：入射压力场、法向加速度、背景压力场
Ø 特殊声源：单极源、偶极源、线源等
Ø 开边界：辐射边界和完美匹配层
Ø 反射边界条件：硬声场、软声场和阻抗边界
Ø 特殊情况：对称、周期性、内部多孔等
实操案例：内燃机消声器内压力波的传播特性分析
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Ø 瞬态分析的使用原则和技巧
Ø 瞬态分析的网格精度要求
Ø 瞬态分析的时间步长精度要求
Ø 压力声学瞬态分析及动画后处理
Ø 压力声学频域分析与瞬态分析的关联和区别
实操案例：十字形波导管的瞬态仿真分析
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第二部分、声学/力学/机械超材料和拓扑特性仿真基础（进阶）
1. 通过能带结构理论学习，理解晶体点阵与倒易点阵的关系，掌握布里渊区
及高对称点的计算；
2. 掌握一维和二维超材料的能带结构计算方法，进行空气声场和弹性波的带隙分析；
3. 掌握三维能带结构与传输谱的计算，分析几何参数对能带结构的影响；
4. 进行声学超材料的传输特性和热粘性损失分析，包括适用条件和效率提升技巧；
5. 理解拓扑声学概念，掌握狄拉克点和拓扑边缘态的仿真分析；
6. 通过一系列实操案例加深对能带结构、传输特性及拓扑特性的理解，为声学/力学/机械超材料实际应用提供扎实基础；
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Ø 晶体点阵和倒易点阵概念和关联
Ø 倒易点阵的反演推导和物理意义
Ø 布里渊区的内涵和确定方法
Ø 高对称边界和高对称点的坐标推导
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Ø 一维能带结构计算方法和分析
Ø 二维正方点阵能带结构计算方法和分析
Ø 二维三角点阵能带结构计算方法和分析
Ø 二维固体弹性波的能带结构计算方法和分析
实操案例：二维正方点阵空气声场的带隙计算
实操案例：二维三角点阵空气声场的带隙计算
实操案例：结构力学模块下固体弹性板的带隙计算
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Ø 三维能带结构计算方法和分析
Ø 声学超材料的三维能带仿真计算和分析
Ø 结构几何参数与单胞取法差异对能带结构的影响分析
Ø 声学等效参数的获取与仿真分析
Ø 常用函数的定义与设置技巧
实操案例：三维声学超材料的能带结构仿真
实操案例：由二维能带转变为三维能带结构仿真
实操案例：复合胞能带折叠与单胞能带结构对比分析
实操案例：声学超材料等效参数仿真分析
实操案例：高斯波束/声整形/声隐身/声隧穿仿真分析
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Ø 声学超材料传输特性扫频分析
Ø 声学边界层和损耗分析
Ø 狭窄区域声学接口适用条件分析
Ø 热粘性声学接口下的声传输特性分析
Ø 热粘性损失的适用场景及计算效率提升技巧
实操案例：开口谐振环的声传输特性仿真分析
实操案例：考虑热粘性损失的声传输特性仿真分析
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Ø 拓扑声学的基本概念和内涵
Ø 声学单/双狄拉克点的仿真与分析
Ø 拓扑相位反转与声学拓扑边缘态的仿真与分析
Ø 声学高阶角态的仿真与分析
Ø 声学拓扑绝缘体的传输特性分析
实操案例：二维声学结构狄拉克点/拓扑相位仿真分析
实操案例：二维声学体能带结构/拓扑态/传输特性仿真分析
实操案例：高阶拓扑声学仿真和应用分析
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第三部分、声学微尺度操控（声镊方法）仿真基础（进阶）
1. 理解声镊的概念及其工作原理，包括声辐射力和声流效应，探讨声操控的应用场景及最新研究进展；
2. 学习声操控方法的分类及构建方法，掌握声学换能器的激励输入和微粒动力学仿真分析；
3. 以空气泡型声学微流控为例，进行多物理场分析，理解耦合边界条件的选择，实施声流场的仿真分析；
4. 深入压电、声固和声流耦合的多物理场理解，进行谐振模式分析，配置研究步骤模型，实现多物理场的综合分析；
5. 分析声学超材料的能带结构及微流控中的雷诺数，比较声辐射力和声粘滞力，探讨声拓扑态在微粒分选中的应用；
6. 通过实操案例，加深对声学微尺度操控和仿真技术的理解，为实际声操控应用提供基础；
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Ø 声操控方法（声镊）的概念和内涵
Ø 声辐射力/声流效应理论基础
Ø 声操控方法的应用场景和研究发展
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Ø 声驻波的理论基础和基本分类
Ø 声学换能器振动激励输入与物理量转化
Ø 声驻波场构建、微粒参数设定及因变量设定
Ø 声场作用下微粒运动过程动力学仿真分析
实操案例：声换能器声悬浮应用与仿真分析
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Ø 多物理场分析与物理场选择
Ø 声流耦合多物理场的耦合边界条件
Ø 研究中的物理场和多物理场耦合边界选择
Ø 计算收敛性和全局约束的使用
实操案例：空气泡型微流控中声流场仿真分析
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Ø 多物理场分析与物理场选择
Ø 压电耦合-声固耦合-声流耦合多物理场理解与分析
Ø 谐振模式分析与特征频率选取
Ø 四个物理场耦合情况下的研究步骤模型配置
实操案例：声微流控富集效应仿真分析
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Ø 一维声学超材料的单胞能带结构与体能带结构分析
Ø 声微流控中雷诺数计算与层流速度场分析
Ø 声辐射力与声粘滞力仿真比较
Ø 声拓扑态对微粒分选的运动仿真及动画输出
实操案例：基于声学拓扑绝缘体的微粒分离仿真分析
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第四部分、声学结构优化与工程化声学综合案例仿真（提升）
1. 理解拓扑优化的概念，模型选择和目标函数的设定；学会设计域和边界条件的配置，以及优化结果的分析和验证；
2. 掌握声学无损检测的基本原理及现状，学习声阻抗的匹配和波的转化关系，了解几何装配中接触对的应用及时域信号的仿真分析；
3. 分析扬声器的多物理场环境，掌握多物理场耦合及动网格的应用，学习傅里叶变化和周期性信号分析，以及瞬态过程中非线性特性的处理；
4. 通过实操案例，进一步深化对声学结构优化、无损检测和扬声器声场仿真的理解，为工程应用提供坚实基础；
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Ø 拓扑优化的概念和基本内涵
Ø 拓扑优化模型选取及目标函数设定
Ø 设计域和边界条件设定
Ø 拓扑优化结果分析及结果输出
Ø 优化后建模与分析验证
实操案例：二维声学结构拓扑与验证分析
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Ø 声学无损检测的基本原理和发展现状
Ø 匹配层声阻抗设定
Ø 压缩波与剪切波的转化关系
Ø 几何装配关系中接触对的使用
Ø 结合试验数据的时域信号仿真分析
实操案例：声学无损检测仿真分析
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Ø 扬声器中多物理场环境及分析
Ø 多物理场耦合的选择与应用
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