A comparative study on different neural network architectures to model inelasticity

本构方程 人工神经网络 外推法 非线性系统 计算机科学 黑匣子 人工智能 统计物理学 数学 有限元法 工程类 物理 量子力学 结构工程 数学分析
作者
Max Rosenkranz,Karl A. Kalina,Jörg Brummund,Markus Kästner
出处
期刊:International Journal for Numerical Methods in Engineering [Wiley]
卷期号:124 (21): 4802-4840 被引量:57
标识
DOI:10.1002/nme.7319
摘要

Abstract The mathematical formulation of constitutive models to describe the path‐dependent, that is, inelastic, behavior of materials is a challenging task and has been a focus in mechanics research for several decades. There have been increased efforts to facilitate or automate this task through data‐driven techniques, impelled in particular by the recent revival of neural networks (NNs) in computational mechanics. However, it seems questionable to simply not consider fundamental findings of constitutive modeling originating from the last decades research within NN‐based approaches. Herein, we propose a comparative study on different feedforward and recurrent neural network architectures to model 1D small strain inelasticity. Within this study, we divide the models into three basic classes: black box NNs, NNs enforcing physics in a weak form, and NNs enforcing physics in a strong form. Thereby, the first class of networks can learn constitutive relations from data while the underlying physics are completely ignored, whereas the latter two are constructed such that they can account for fundamental physics, where special attention is paid to the second law of thermodynamics in this work. Conventional linear and nonlinear viscoelastic as well as elastoplastic models are used for training data generation and, later on, as reference. After training with random walk time sequences containing information on stress, strain, and—for some models—internal variables, the NN‐based models are compared to the reference solution, whereby interpolation and extrapolation are considered. Besides the quality of the stress prediction, the related free energy and dissipation rate are analyzed to evaluate the models. Overall, the presented study enables a clear recording of the advantages and disadvantages of different NN architectures to model inelasticity and gives guidance on how to train and apply these models.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
小白完成签到,获得积分10
2秒前
洋芋团子完成签到 ,获得积分10
2秒前
华仔应助devin22222采纳,获得10
4秒前
leapper完成签到 ,获得积分10
5秒前
青青完成签到,获得积分10
8秒前
姚美丽完成签到 ,获得积分10
8秒前
通过完成签到,获得积分10
10秒前
文艺的鲜花完成签到 ,获得积分10
11秒前
搬砖的化学男完成签到 ,获得积分0
13秒前
chenjing完成签到 ,获得积分10
14秒前
知性的新之完成签到,获得积分10
14秒前
数学分析完成签到 ,获得积分10
17秒前
Yanzhi完成签到,获得积分10
18秒前
i2stay完成签到,获得积分0
19秒前
Jayzie完成签到 ,获得积分0
20秒前
林志坚完成签到 ,获得积分10
23秒前
曹国庆完成签到 ,获得积分10
35秒前
懒得起名字完成签到 ,获得积分10
38秒前
纯真怜梦完成签到,获得积分10
46秒前
加油完成签到 ,获得积分10
47秒前
applecat147完成签到,获得积分10
48秒前
张大拿完成签到,获得积分10
52秒前
火星上访天完成签到 ,获得积分10
53秒前
seasideyu完成签到 ,获得积分10
58秒前
wing完成签到 ,获得积分10
1分钟前
陈咪咪完成签到 ,获得积分10
1分钟前
我谈完成签到,获得积分10
1分钟前
沉默的雪枫应助Yvan采纳,获得10
1分钟前
lyb1853完成签到 ,获得积分10
1分钟前
徐伟业完成签到 ,获得积分10
1分钟前
小石头完成签到 ,获得积分10
1分钟前
cjg完成签到,获得积分10
1分钟前
Zqliu完成签到,获得积分10
1分钟前
Kao应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
1分钟前
QIU完成签到 ,获得积分10
1分钟前
gzp发布了新的文献求助10
1分钟前
sunny完成签到,获得积分10
1分钟前
qiongqiong完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场现状调查及投资机会研判报告 1000
模型平均及其应用 900
Nondestructive Testing Handbook: Vol. 4, Thermal and Infrared Testing (IR), 4th ed 800
Évora na Idade Média 555
作者名:Kristopher P. Plain,悉尼大学的,目前只能查到其四篇论文,想找到其博士论文 550
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7347120
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8959165
关于积分的说明 19024171
捐赠科研通 6997533
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3220150
关于科研通互助平台的介绍 2385145
邀请新用户注册赠送积分活动 2200379