Inverse design of dual-phase steel microstructures using generative machine learning model and Bayesian optimization

自编码 微观结构 材料科学 人工智能 贝叶斯推理 贝叶斯优化 生成模型 机器学习 计算机科学 算法 贝叶斯概率 模式识别(心理学) 数学优化 生成语法 人工神经网络 数学 复合材料
作者
Navyanth Kusampudi,Martin Diehl
出处
期刊:International Journal of Plasticity [Elsevier]
卷期号:171: 103776-103776 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.ijplas.2023.103776
摘要

The design of optimal microstructures requires first, the identification of microstructural features that influence the material's properties and, then, a search for a combination of these features that give rise to desired properties. For microstructures with complex morphologies, where the number of features is large, deriving these structure–property relationships is a challenging task. To address this challenge, we propose a generative machine learning model that can automatically identify low-dimensional descriptors of microstructural features that can be used to establish structure–property relationships. Based on this model, we present an integrated, data-driven framework for microstructure characterization, reconstruction, and design that is applicable to heterogeneous materials with polycrystalline microstructures. The proposed method is evaluated on a case study of designing dual-phase steel microstructures created with the multi-level Voronoi tessellation method. To this end, we train a variational autoencoder to identify the descriptors from these synthetic dual-phase steel microstructures. Subsequently, we employ Bayesian optimization to search for the optimal combination of the descriptors and generate microstructures with specific yield stress and low susceptibility for damage initiation. The presented results show how microstructure descriptors, determined by the variational autoencoder model, act as design variables for an optimization algorithm that identifies microstructures with desired properties.

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