While the forward and backward modeling of the process-structure-property chain has received a lot of attention from the materials community, fewer efforts have taken into consideration uncertainties. Those arise from a multitude of sources and their quantification and integration in the inversion process are essential in meeting the materials design objectives. The first contribution of this paper is a flexible, fully probabilistic formulation of such optimization problems that accounts for the uncertainty in the process-structure and structure-property linkages and enables the identification of optimal, high-dimensional, process parameters. We employ a probabilistic, data-driven surrogate for the structure-property link which expedites computations and enables handling of non-differential objectives. We couple this with a novel active learning strategy, i.e. a self-supervised collection of data, which significantly improves accuracy while requiring small amounts of training data. We demonstrate its efficacy in optimizing the mechanical and thermal properties of two-phase, random media but envision its applicability encompasses a wide variety of microstructure-sensitive design problems.


翻译:虽然加工结构-财产链的前向和后向建模受到材料界的极大关注,但考虑到不确定性的努力较少,这些不确定性来自多种来源,其量化和整合对于实现材料设计目标至关重要。本文件的第一项贡献是灵活、完全概率化地提出这种优化问题,考虑到过程-结构和结构-财产联系的不确定性,并能够确定最佳、高维的流程参数。我们为结构-财产联系采用了一种稳定、数据驱动的替代装置,加速计算和处理非差别性目标。我们将此与新的积极学习战略,即自我监督收集数据相结合,这大大提高了准确性,同时需要少量的培训数据。我们展示了它在优化两阶段随机媒体的机械和热性能特性方面的效力,但设想其适用性包括广泛的微结构敏感设计问题。

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