The paper presents an efficient and robust data-driven deep learning (DL) computational framework developed for linear continuum elasticity problems. The methodology is based on the fundamentals of the Physics Informed Neural Networks (PINNs). For an accurate representation of the field variables, a multi-objective loss function is proposed. It consists of terms corresponding to the residual of the governing partial differential equations (PDE), constitutive relations derived from the governing physics, various boundary conditions, and data-driven physical knowledge fitting terms across randomly selected collocation points in the problem domain. To this end, multiple densely connected independent artificial neural networks (ANNs), each approximating a field variable, are trained to obtain accurate solutions. Several benchmark problems including the Airy solution to elasticity and the Kirchhoff-Love plate problem are solved. Performance in terms of accuracy and robustness illustrates the superiority of the current framework showing excellent agreement with analytical solutions. The present work combines the benefits of the classical methods depending on the physical information available in analytical relations with the superior capabilities of the DL techniques in the data-driven construction of lightweight, yet accurate and robust neural networks. The models developed herein can significantly boost computational speed using minimal network parameters with easy adaptability in different computational platforms.


翻译:本文介绍了为线性连续弹性问题制定的高效和稳健的数据驱动深度学习(DL)计算框架,该计算框架针对的是线性连续弹性问题。该方法以物理、知情神经网络(PINNs)的基本要素为基础。为了准确反映实地变量,提议了一个多目标损失功能。它包含与管辖部分差异方程(PDE)剩余部分相对应的术语,由管辖物理、各种边界条件和数据驱动的物理知识在问题域随机选择的合用点相匹配的术语构成的关系。为此,对多个紧密相连的独立人工神经网络(ANNs),每个接近外地变量的多功能都进行了培训,以获得准确的解决办法。若干基准问题,包括弹性空气解决方案和Kirchhoff-love板问题。准确性和稳健性表现表明当前框架的优越性,表明与分析解决方案有极好的一致。目前的工作结合了传统方法的好处,这取决于在分析关系中可获得的物理信息与DL技术在以数据驱动的轻度、但精确且稳健的网络模型中采用极快的精确的模型和精确的精确的精确度变压性模型的模型的模型的模型,从而得以实现。

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