A Novel Approach for Optimization of Soft Material Constitutive Model Parameters Based on a Genetic Algorithm and Drucker's Stability Criterion

有限元法 均方误差 本构方程 理论(学习稳定性) 软计算 计算机科学 遗传算法 算法 应用数学 数学 材料科学 结构工程 数学优化 人工智能 人工神经网络 工程类 统计 机器学习
作者
Luis Cruz-Terán,Leopoldo Ruiz‐Huerta,Alex Elı́as-Zúñiga,Óscar Martínez-Romero,Alberto Caballero‐Ruiz
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:10 (6): 1181-1198 被引量:1
标识
DOI:10.1089/soro.2022.0145
摘要

The growing interest in soft materials to develop flexible devices involves the need to create accurate methodologies to determine parameter values of constitutive models to improve their modeling. In this work, a novel approach for the optimization of constitutive model parameters is presented, which consists of using a genetic algorithm (GA) to obtain a set of solutions from data of uniaxial tensile tests, which are later used to simulate the mechanical test using finite element analysis (FEA) software to find an optimal solution considering Drucker's stability criterion. This approach was applied to the elastomer Ecoflex 00-30 considering the Warner and Yeoh models and Rivlin's phenomenological theory. The correlation between the experimental and the predicted data by the models was determined using the root mean squared error (RMSE), where the found parameter sets provided a close fit to the experimental data with RMSE values of 0.022 (ANSYS) and 0.024 (ABAQUS) for Warner's model, while for Yeoh's model were 0.014 (ANSYS) and 0.012 (ABAQUS). It was found that the best parameter values accurately follow the experimental material behavior using FEA. The proposed GA not only optimizes the material parameters but also has a high reproducibility level with average RMSE values of 0.024 for Warner's model and 0.009 for Yeoh's model, fulfilling Drucker's stability criterion.
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