Identification of Elastoplastic Constitutive Model of GaN Thin Films Using Instrumented Nanoindentation and Machine Learning Technique

纳米压痕 材料科学 本构方程 鉴定(生物学) 复合材料 机械工程 结构工程 工程类 有限元法 植物 生物
作者
Ali Khalfallah,Amine Khalfallah,Zohra Benzarti
出处
期刊:Coatings [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (6): 683-683 被引量:7
标识
DOI:10.3390/coatings14060683
摘要

This study presents a novel inverse identification approach to determine the elastoplastic parameters of a 2 µm thick GaN semiconductor thin film deposited on a sapphire substrate. This approach combines instrumented nanoindentation with finite element (FE) simulations and an artificial neural network (ANN) model. Experimental load–depth curves were obtained using a Berkovich indenter. To generate a comprehensive database for the inverse analysis, FE models were constructed to simulate load–depth responses across a wide range of GaN thin film properties. The accuracy of both 2D and 3D simulations was compared to select the optimal model for database generation. The Box–Behnken design-based data sampling method was used to define the number of simulations and input variables for the FE models. The ANN technique was then employed to establish the complex mapping between the simulated load–depth curves (input) and the corresponding stress–strain curve (output). The generated database was used to train and test the ANN model. Then, the learned ANN model was used to achieve high accuracy in identifying the stress–strain curve of the GaN thin film from the experimental load–depth data. This work demonstrates the successful application of an inverse analysis framework, combining experimental nanoindentation tests, FE modeling, and an ANN model, for the characterization of the elastoplastic behavior of GaN thin films.
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