We propose GrainGNN, a surrogate model for the evolution of polycrystalline grain structure under rapid solidification conditions in metal additive manufacturing. High fidelity simulations of solidification microstructures are typically performed using multicomponent partial differential equations (PDEs) with moving interfaces. The inherent randomness of the PDE initial conditions (grain seeds) necessitates ensemble simulations to predict microstructure statistics, e.g., grain size, aspect ratio, and crystallographic orientation. Currently such ensemble simulations are prohibitively expensive and surrogates are necessary. In GrainGNN, we use a dynamic graph to represent interface motion and topological changes due to grain coarsening. We use a reduced representation of the microstructure using hand-crafted features; we combine pattern finding and altering graph algorithms with two neural networks, a classifier (for topological changes) and a regressor (for interface motion). Both networks have an encoder-decoder architecture; the encoder has a multi-layer transformer long-short-term-memory architecture; the decoder is a single layer perceptron. We evaluate GrainGNN by comparing it to high-fidelity phase field simulations for in-distribution and out-of-distribution grain configurations for solidification under laser power bed fusion conditions. GrainGNN results in 80\%--90\% pointwise accuracy; and nearly identical distributions of scalar quantities of interest (QoI) between phase field and GrainGNN simulations compared using Kolmogorov-Smirnov test. GrainGNN's inference speedup (PyTorch on single x86 CPU) over a high-fidelity phase field simulation (CUDA on a single NVIDIA A100 GPU) is 150$\times$--2000$\times$ for 100-initial grain problem. Further, using GrainGNN, we model the formation of 11,600 grains in 220 seconds on a single CPU core.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
145+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
29+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
10+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 3月12日
Arxiv
0+阅读 · 3月8日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
10+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员