For multilayer structures in thin substrate systems, the interfacial failure is one of the most important reliability issues. The traction-separation relations (TSR) along fracture interface, which is often a complicated mixed-mode problem, is usually adopted as a representative of the adhesive interactions of a biomaterial system. However, the existing theoretical models lack complexity and are not able to fit with real-world TSRs obtained with end loaded split beam (ELS) experiments. The neural network fits well with the experimental data along the loading paths but fails to obey physical laws for area not covered by the training data sets, due to the lack of mechanics in pure neural network fitting with training data sets. In this paper, a thermodynamic consistent neural network (TCNN) is established to model the interface TSRs with sparse training data sets. Three thermodynamic consistent conditions are considered and implemented with neural network model. By treating these thermodynamic consistent conditions as constraints and implementing as loss function terms, the whole traction surface is constrained to provide reasonable results. The feasibility of this approach is approved by comparing the modeling results with different number of physical constraints. Moreover, the Bayesian optimization algorithm is adopted to optimize the weighting factors of the TCNN to overcome the convergence issue when multiple constraints are in present. The numerical implementation results demonstrated well behaved prediction of mixed-mode traction separation surfaces in terms of high agreement with experimental data and damage mechanics contained thermodynamic consistencies. The proposed approach opens doors to a new autonomous, point-to-point constitutive modeling concept for interface mechanics.


翻译:对于薄基底质系统中的多层结构而言,神经网络与装货路径上的实验数据完全吻合,但未能遵守培训数据集所覆盖地区的物理法则,这是因为在纯神经网络中缺乏机械,无法与培训数据集相适应。在本论文中,通常采用热动力一致的神经网络(TCNN)作为生物材料系统粘合相互作用的模型。但是,现有的理论模型缺乏复杂性,无法与通过末端加载分光束(ELS)实验获得的现实世界TSR相适应。通过将这些热力连续条件作为限制和执行损失函数,整个轨面受到制约,无法提供合理的结果。这一方法的可行性是通过将纯神经网络的系统概念与培训数据集相匹配的纯神经网络(TSR)的机械化过程。在本论文中,热动力一致的神经网络(TCNNN)被建立为生物材料材料材料材料材料库的模拟互动互动关系。三种热力一致的条件被考虑并用神经网络模型模型模型模型模型处理,作为损失函数处理,整个轨迹表面受到制约,因此无法提供合理的结果。通过将精准CN方法,将精准将精度的精度结构的机点与精度的精度结构的精度的精度比结果与精度比,在物理的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度与精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度,在比度上。

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