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Towards Unified AI-Driven Fracture Mechanics: The Extended Deep Energy Method (XDEM)

不连续性分类 断裂力学 桥接(联网) 断裂(地质) 解算器 搭配(遥感) 流离失所(心理学) 理论(学习稳定性) 计算机科学 水准点(测量) 人工神经网络 应用数学 能量(信号处理) 岩石力学 联轴节(管道) 连续介质力学 机械 复杂骨折 能量法 强度因子 算法 偏微分方程 深度学习 缩小 几何学 固体力学 突出 数学 代表(政治) 多尺度建模
作者
Wang Yizheng,Lin Yuzhou,Goswami, Somdatta,Zhao Luyang,Zhang Huadong,Bai Jinshuai,Anitescu, Cosmin,Eshaghi, Mohammad Sadegh,Zhuang Xiao-ying,Rabczuk, Timon,Liu Ying-hua
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
标识
DOI:10.48550/arxiv.2511.05888
摘要

Physics-Informed Neural Networks (PINNs) have recently emerged as powerful tools for solving partial differential equations (PDEs), with the Deep Energy Method (DEM) proving especially effective in fracture mechanics due to its energy-based formulation. Despite these advances, existing DEM approaches require dense collocation near cracks, face stability challenges, and typically treat discrete and continuous fracture models separately. To overcome these limitations, we introduce the Extended Deep Energy Method (XDEM), a unified deep learning framework that incorporates both displacement discontinuities and crack-tip asymptotics in the discrete setting, while flexibly coupling displacement and phase fields in the continuous setting. This integration enables accurate fracture predictions using uniformly distributed, relatively sparse collocation points. Validation across benchmark problems including stress intensity factor evaluation, straight and kinked crack growth, and complex crack initiation demonstrates that XDEM consistently outperforms standard DEM in accuracy and efficiency. By bridging discrete and phase-field models within a single framework, XDEM establishes a robust foundation for applying AI to fracture mechanics and opens new avenues for predictive modeling in engineering and materials science.
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