Hierarchical computational methods for multiscale mechanics such as the FE$^2$ and FE-FFT methods are generally accompanied by high computational costs. Data-driven approaches are able to speed the process up significantly by enabling to incorporate the effective micromechanical response in macroscale simulations without the need of performing additional computations at each Gauss point explicitly. Traditionally artificial neural networks (ANNs) have been the surrogate modeling technique of choice in the solid mechanics community. However they suffer from severe drawbacks due to their parametric nature and suboptimal training and inference properties for the investigated datasets in a three dimensional setting. These problems can be avoided using local approximate Gaussian process regression (laGPR). This method can allow the prediction of stress outputs at particular strain space locations by training local regression models based on Gaussian processes, using only a subset of the data for each local model, offering better and more reliable accuracy than ANNs. A modified Newton-Raphson approach is proposed to accommodate for the local nature of the laGPR approximation when solving the global structural problem in a FE setting. Hence, the presented work offers a complete and general framework enabling multiscale calculations combining a data-driven constitutive prediction using laGPR, and macroscopic calculations using an FE scheme that we test for finite-strain three-dimensional hyperelastic problems.


翻译:以数据驱动的方法能够大大加快进程速度,因为能够将有效的微机械反应纳入宏观模拟,而无需在每一高斯点明确进行额外的计算。传统上,人工神经网络(ANNS)是固态机械界的替代模型技术,但由于其参数性质和在三维设置中调查数据集的次优培训和推断性质,它们受到严重缺陷的影响。这些问题可以通过本地近似高斯进程回归(LAGPR)来避免。这种方法可以用来预测特定压力空间紧张地点,办法是根据高斯进程培训当地回归模型,只使用每个本地模型的一组数据,比安氏模型更准确和可靠。建议采用修改的牛顿-拉夫森方法,以适应在使用FSBS(F)级计算模型和FAF(F)级模型组合一个总体结构预测框架,以综合全球结构预测(FG) 和FFS(F)级的宏观预测框架,提出一个基础模型。

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