Identifying constitutive parameters for complex hyperelastic materials using physics-informed neural networks

超弹性材料 奥格登 人工神经网络 本构方程 材料科学 统计物理学 物理 理论物理学 计算机科学 人工智能 热力学 有限元法
作者
Siyuan Song,Hanxun Jin
出处
期刊:Soft Matter [Royal Society of Chemistry]
卷期号:20 (30): 5915-5926 被引量:23
标识
DOI:10.1039/d4sm00001c
摘要

Identifying constitutive parameters in engineering and biological materials, particularly those with intricate geometries and mechanical behaviors, remains a longstanding challenge. The recent advent of physics-informed neural networks (PINNs) offers promising solutions, but current frameworks are often limited to basic constitutive laws and encounter practical constraints when combined with experimental data. In this paper, we introduce a robust PINN-based framework designed to identify material parameters for soft materials, specifically those exhibiting complex constitutive behaviors, under large deformation in plane stress conditions. Distinctively, our model emphasizes training PINNs with multi-modal synthetic experimental datasets consisting of full-field deformation and loading history, ensuring algorithm robustness even with noisy data. Our results reveal that the PINNs framework can accurately identify constitutive parameters of the incompressible Arruda-Boyce model for samples with intricate geometries, maintaining an error below 5%, even with an experimental noise level of 5%. We believe our framework provides a robust modulus identification approach for complex solids, especially for those with geometrical and constitutive complexity.
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