The identification of material parameters occurring in constitutive models has a wide range of applications in practice. One of these applications is the monitoring and assessment of the actual condition of infrastructure buildings, as the material parameters directly reflect the resistance of the structures to external impacts. Physics-informed neural networks (PINNs) have recently emerged as a suitable method for solving inverse problems. The advantages of this method are a straightforward inclusion of observation data. Unlike grid-based methods, such as the finite element method updating (FEMU) approach, no computational grid and no interpolation of the data is required. In the current work, we aim to further develop PINNs towards the calibration of the linear-elastic constitutive model from full-field displacement and global force data in a realistic regime. We show that normalization and conditioning of the optimization problem play a crucial role in this process. Therefore, among others, we identify the material parameters for initial estimates and balance the individual terms in the loss function. In order to reduce the dependence of the identified material parameters on local errors in the displacement approximation, we base the identification not on the stress boundary conditions but instead on the global balance of internal and external work. In addition, we found that we get a better posed inverse problem if we reformulate it in terms of bulk and shear modulus instead of Young's modulus and Poisson's ratio. We demonstrate that the enhanced PINNs are capable of identifying material parameters from both experimental one-dimensional data and synthetic full-field displacement data in a realistic regime. Since displacement data measured by, e.g., a digital image correlation (DIC) system is noisy, we additionally investigate the robustness of the method to different levels of noise.


翻译:组织模型中物质参数的识别在实践中具有广泛的应用范围。这些应用之一是监测和评估基础设施建筑的实际状况,因为材料参数直接反映结构对外部影响的抵抗力。物理知情神经网络(PINNs)最近成为解决反问题的适当方法。这种方法的优点是直接纳入观察数据。与基于网格的方法不同,例如有限要素更新方法(FEMU)方法,没有计算网格,没有数据的综合推断。在目前的工作中,我们的目标是进一步开发PINNs,以校准从全场迁移到全球力量数据数据的校准线-弹性结构模型和现实系统中的全球力量数据。我们表明,优化问题的正常化和调节在这一过程中起着关键作用。因此,除其他之外,我们确定了初步估计的物质参数,平衡了损失功能中的个人条件。为了减少在迁移近似时对当地错误确定的物质参数的依赖性,我们用不以压力边界条件为基础,而是以全球温度-弹性结构模型的校正模型来校正。我们发现,如果从一个内部和外部的模型中衡量,那么数据就是一个更精确的模型,那么,我们就能从一个更精确的理论和更精确的模型来证明。

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