Failure trajectories, identifying the probable failure zones, and damage statistics are some of the key quantities of relevance in brittle fracture applications. High-fidelity numerical solvers that reliably estimate these relevant quantities exist but they are computationally demanding requiring a high resolution of the crack. Moreover, independent intensive simulations need to be carried out even for a small change in domain parameters and/or material properties. Therefore, fast and generalizable surrogate models are needed to alleviate the computational burden but the discontinuous nature of fracture mechanics presents a major challenge to developing such models. We propose a physics-informed variational formulation of DeepONet (V-DeepONet) for brittle fracture analysis. V-DeepONet is trained to map the initial configuration of the defect to the relevant fields of interests (e.g., damage and displacement fields). Once the network is trained, the entire global solution can be rapidly obtained for any initial crack configuration and loading steps on that domain. While the original DeepONet is solely data-driven, we take a different path to train the V-DeepONet by imposing the governing equations in variational form and we also use some labelled data. We demonstrate the effectiveness of V-DeepOnet through two benchmarks of brittle fracture, and we verify its accuracy using results from high-fidelity solvers. Encoding the physical laws and also some data to train the network renders the surrogate model capable of accurately performing both interpolation and extrapolation tasks, considering that fracture modeling is very sensitive to fluctuations. The proposed hybrid training of V-DeepONet is superior to state-of-the-art methods and can be applied to a wide array of dynamical systems with complex responses.


翻译:失败轨迹, 确定可能的故障区, 以及损坏统计是易碎裂应用中具有相关性的关键数量。 可靠地估计这些相关数量的高纤维级数字解析器存在, 但却在计算上要求高分辨率的裂缝。 此外, 即使是对域参数和(或)物质特性稍有变化, 也需要独立密集的模拟。 因此, 需要快速和普遍化的替代模型来减轻计算负担, 但断裂力的不连续性质是开发此类模型的一大挑战。 我们提出一个物理知情的 DeepONet (V- DeepONet) 变异配方, 用于对裂缝断分析。 V- Defilal 解算器( V- Defiltal) 数字解析器在计算出缺陷到相关利益领域( 例如, 损坏和迁移场域) 。 网络一旦经过培训, 任何初始裂变异配置和装入模型的步伐, 都可以迅速获得整个全球解决方案。 虽然 最初的深固化力力力模型只是由数据驱动的, 我们选择了不同的路径来训练V- DeepONet,,, 将调变硬质化的变硬化系统从运行的平调的等调的等调数据转换成,, 测试数据从运行中, 运行的精化为我们也可以化系统也通过两个的精确性校正的校正的校内的数据 。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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